i
PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN HASIL EMISI SEPEDA
MOTOR MENGGUNAKAN DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS
LASER CO2
Skripsi
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Jurusan Fisika
Oleh:
Bernadet Yati Sumaryati
NIM: 073214004
PROGRAM STUDI FISIKA
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA 2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE MEASUREMENT OF ETHYLENE GAS CONCENTRATION FROM
VEHICLE EMISSION USING CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC
DETECTOR
Skripsi
Presented as Partial Fulfillment of the Requirement
To Obtain The Sarjana Sains
In Physics Department
By:
Bernadet Yati Sumaryati
NIM: 073214004
PHYSICS STUDY PROGRAM
PHYSICS DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
“I can do all things through Christ which strengthened me” (Philippians 4:13)
“If you want something you’ve never had, you must be willing to do something you’ve never done” (Thomas Jefferson)
“God grant me the serenity to accept the things I cannot change, courage to change the things I can, and the wisdom to know the difference”
Saya persembahkan karya ini kepada
Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai dan menguatkanku
Bunda Maria yang selalu menolongku
Santa Bernadet, Santa pelindungku
Ayah dan Ibuku yang telah membesarkan dan memberikan kasih
sayang yang begitu tulus dan tanpa batas untukku
Adikku tersayang yang selalu menemaniku
Yulius Fendy Pradianto, yang selalu memotivasi dan mengasihiku
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRAK
PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN HASIL EMISI SEPEDA
MOTOR MENGGUNAKAN DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS
LASER CO2
Detektor fotoakustik merupakan instrumen pendeteksi keberadaan suatu
gas. Detektor tersebut mampu mengukur konsentrasi berbagai molekul gas secara
simultan. Pengukuran konsentrasi molekul gas menggunakan detektor fotoakustik
berdasarkan pada prinsip serapan cahaya. Supaya diperoleh nilai konsentrasi
molekul gas yang akurat, keberadaan pengganggu dalam pengukuran perlu
ditapis.
Dalam penelitian ini, telah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen
hasil emisi sepeda motor menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2.
Gas buang hasil emisi sepeda motor terdiri dari berbagai jenis gas seperti CO2,
H2O dan gas etilen. CO2 dan H2O dapat menyerap radiasi laser CO2 pada posisi
garis laser CO2 tertentu. Selain itu, CO2 dapat mempengaruhi fase dan amplitudo
sinyal akustik. Dengan demikian, keberadaan CO2 dan H2O dapat mengganggu
pengukuran konsentrasi gas etilen sehingga CO2 dan H2O perlu ditapis. Penapisan
CO2 dan H2O dilakukan menggunakan KOH dan CaCl2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
ABSTRACT
THE MEASUREMENT OF ETHYLENE GAS CONCENTRATION FROM
VEHICLE EMISSION USING CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC
DETECTOR
Photoacoustic detector is an instrument for trace gas detection. The
detector is able to measure various gas molecules concentration simultaneously.
The measurement of gas molecules concentration uses photoacoustic detector
based on light absorption principle. In order to obtain accurate gas molecule
concentration, the existence of noise in the measurement must be filtered.
In this research, ethylene gas concentration from vehicle emission was
measured using CO2 laser – based photoacoustic detector. Exhaust gas from
vehicle emission consists of various kinds of gas such as CO2, H2O and ethylene
gas. CO2 and H2O can absorb the selected CO2 laser lines. CO2 can also influence
the phase and amplitude of acoustic signal. Thereby, the existence of CO2 and
H2O can disturb the measurement of ethylene gas concentration. As a
consequence, CO2 and H2O must be filtered. CO2 and H2O were filtered with
KOH and CaCl2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala
rahmat, kasih, karunia serta penyertaan yang diberikan kepada penulis selama
penyusunan skripsi yang berjudul “PENGUKURAN KONSENTRASI GAS
ETILEN HASIL EMISI SEPEDA MOTOR MENGGUNAKAN
DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2”. Skripsi ini disusun
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains di Program Studi
Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan
dengan baik karena adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Dr.Ign.Edi Santosa, M.S selaku dosen program studi Fisika dan
dosen pembimbing skripsi yang dengan penuh kesabaran telah
membimbing, membantu, mendampingi, memotivasi serta meluangkan
waktunya kepada penulis selama masa perkuliahan, penelitian dan proses
penulisan skripsi ini.
3. Ir.Sri Agustini Sulandari, M.Si selaku ketua program studi Fisika dan dosen
program studi Fisika yang telah mendampingi dan memberikan ilmu selama
perkuliahan.
4. Drs. Vet. Asan Damanik selaku dosen pembimbing akademik yang telah
mendampingi dan membimbing selama perkuliahan.
5. A. Prasetyadi, S.Si, M.Si., dan Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si sebagai
dosen program studi Fisika yang telah mendampingi dan membimbing
penulis selama perkuliahan.
6. Mas A. Bima Windura, Bapak Ngadiono dan Bapak Sugito sebagai laboran
yang telah banyak membantu penulis selama masa studi dan selama
penelitian.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
7. Segenap karyawan FST Universitas Sanata Dharma yang telah membantu
selama masa studi.
8. Ayahku, Yosep Suparman dan Ibuku, Marselina Inah yang selama ini selalu
mendoakan, memberikan kasih sayang, memotivasi, membimbing dan
mendukung penulis dalam banyak hal.
9. Adikku Deovita Karlina yang selama ini selalu menemani, menyemangati,
memotivasi dan mendengarkan keluhan penulis dengan sabar.
10. Keluarga besar Kakek Wijaya Jamur yang selama ini selalu setia menemani,
mendoakan, memotivasi, mendukung dan membimbing penulis.
11. Yulius Fendy Pradianto yang selama ini selalu setia menemani, mendukung,
memotivasi, dan mendengarkan keluhan penulis dengan sabar.
12. Elisabeth Jeanny Oetama yang telah menjadi rekan dalam penelitian.
13. Niken Sawitri, Maria Fransiska Putriany, Elisabeth Jeanny Oetama, dan
Laurensius Jerniat Telambanua yang senantiasa menyemangati, membantu
serta menguatkan penulis.
14. Teman – teman Fisika angkatan 2002, 2004, 2005 serta 2008 yang selalu
memberikan semangat kepada penulis.
15. Teman – teman kos yang selama ini telah mendukung, menyemangati dan
membantu penulis terutama dalam menyelesaikan skripsi ini.
16. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
membantu penulis selama menyelesaikan studi dan menyelesaikan skripsi.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini
masih belum sempurna. Penulis dengan besar hati mengharapkan kritik dan saran
untuk menyempurnakannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para
pembaca dan memberikan sedikit sumbangan untuk Ilmu Pengetahuan.
Yogyakarta, 31 Mei 2011
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .......................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... iv
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................... v
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................. vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ..................................... vii
ABSTRAK .................................................................................................... viii
ABSTRACT .................................................................................................. ix
KATA PENGANTAR .................................................................................. x
DAFTAR ISI ................................................................................................. xii
DAFTAR TABEL ......................................................................................... xv
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1
A. Latar Belakang .................................................................................. 1
B. Rumusan Masalah ............................................................................. 4
C. Batasan Masalah ............................................................................... 4
D. Tujuan Penelitian ............................................................................. 4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
E. Manfaat Penelitian ........................................................................... 5
F. Sistematika Penulisan ....................................................................... 6
BAB II DASAR TEORI ............................................................................... 7
A. Teori Atom dan Molekul .................................................................. 7
B. Detektor Fotoakustik Berbasis Laser CO2
C. CO
........................................ 8
2 dan H2
D. Metode Eliminasi CO
O sebagai Pengganggu Pengukuran .............................. 14
2 dan H2
Pengukuran ........................................................................................ 15
O yang menjadi Pengganggu
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................... 16
A. Tempat Penelitian ............................................................................. 16
B. Alat dan Bahan ................................................................................. 16
B.1. Alat – alat ................................................................................. 16
B.2. Bahan ........................................................................................ 19
C. Prosedur Penelitian ........................................................................... 20
C.1. Penapisan CO2 dan H2
C.2. Kalibrasi ................................................................................... 21
O dari Gas Buang Sepeda Motor .......... 20
C.3. Pengukuran Konsentrasi Etilen dari Gas Buang Sepeda
Motor ......................................................................................... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 27
A. Hasil ................................................................................................. 27
A.1. Penapisan CO2 dan H2O dari Gas Buang Sepeda Motor .... 27
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
A.2. Kalibrasi .............................................................................. 29
A.3. Pengukuran Konsentrasi Etilen dari Gas Buang Sepeda
Motor ................................................................................... 32
B. Pembahasan ...................................................................................... 36
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 43
A. Kesimpulan ...................................................................................... 43
B. Saran ................................................................................................. 43
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 44
LAMPIRAN .................................................................................................. 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1: Perbandingan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen
dari gas buang sepeda motor dengan nomor mesin
F405ID488879 dan 2S6342838 .................................................. 36
Tabel 1: Data pengukuran konsentrasi gas etilen 0,853 ppm ................... 45
Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor
dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin
1000 RPM .................................................................................. 46
Tabel 3: Data konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor
dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin
3500 RPM .................................................................................. 47
Tabel 4 : Data konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor
dengan nomor mesin 2S6342838 ................................................ 48
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Komponen penting dalam detektor fotoakustik ...................... 10
Gambar 3.1. Rangkaian alat yang digunakan dalam penelitian ................... 19
Gambar 3.2. Rangkaian alat yang digunakan dalam penapisan CO2
dan H
2
KOH dan CaCl
O dari gas buang sepeda motor menggunakan
2
Gambar 3.3. Rangkaian alat yang digunakan pada saat kalibrasi ................. 23
...................................................................... 20
Gambar 3.4. Rangkaian alat yang digunakan pada saat mengalirkan
gas udara ke dalam sel fotoakustik .......................................... 26
Gambar 4.1. Grafik hubungan konsentrasi CO2
waktu pengukuran (jam) dengan adanya penambahan
(ppm) terhadap
CaCl2
Gambar 4.2. Grafik hubungan konsentrasi H
dan KOH pada cuvet tabung U .................................... 28
2
waktu pengukuran (jam) dengan adanya penambahan
O (%) terhadap
CaCl2
Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi
steppermotor pada saat sel fotoakustik dialiri gas udara. ........ 30
dan KOH pada cuvet tabung U .................................... 28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
Gambar 4.4. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi
steppermotor pada saat sel fotoakustik dialiri
gas etilen 0,853 ppm . ............................................................... 30
Gambar 4.5. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu
pengukuran (jam) pada pengukuran konsentrasi
gas etilen 0,853 ppm ................................................................ 32
Gambar 4.6. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu pengukuran
(jam) pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda
motor dengan nomor mesin F405ID488879
dengan putaran mesin 1000 RPM ........................................... 33
Gambar 4.7. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu pengukuran
(jam) pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda
motor dengan nomor mesin F405ID488879
dengan putaran mesin 3500 RPM ........................................... 34
Gambar 4.8. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu pengukuran
(jam) pada pengukuran konsentrasi gas etilen
dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 .. 34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Udara merupakan salah satu faktor penting dalam kehidupan manusia
sehingga kualitas udara harus tetap terjaga. Kemajuan di bidang pembangunan,
industri, dan transportasi mengakibatkan terjadinya perubahan kualitas udara.
Udara yang dulu terasa segar, kini berubah menjadi kotor. Perubahan kualitas
udara ini umumnya disebabkan oleh masuknya zat pencemar atau polutan ke
dalam udara.
Contoh sumber polutan adalah kendaraan bermotor. Gas buang hasil emisi
kendaraan bermotor menjadi polutan yang berpengaruh besar bagi lingkungan
terutama bagi kualitas udara. Polutan tersebut menyebabkan terjadinya
pencemaran udara. Pencemaran udara dapat diartikan sebagai hadirnya substansi
di udara dalam konsentrasi yang cukup untuk menyebabkan gangguan pada
manusia, hewan, tanaman, maupun material. Substansi ini dapat berupa gas, zat
cair, maupun partikel padat.
Pada saat ini, pencemaran udara yang disebabkan oleh gas seperti CH4,
C2H4, SO2, NO2, CO2, dan CO mendapatkan perhatian khusus. Hal ini disebabkan
karena pencemaran udara tersebut memberikan berbagai dampak negatif bagi
kehidupan. Contoh dampak negatif tersebut adalah berbahaya bagi kesehatan
manusia, menghambat pertumbuhan tanaman, menyebabkan terjadinya hujan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
asam, menyebabkan terjadinya pemanasan global, menimbulkan lubang pada
lapisan ozon dan menimbulkan kabut asap fotokimia [Gondal, 1997].
Salah satu polutan gas yang banyak dihasilkan oleh emisi kendaraan
bermotor adalah etilen (C2H4). Gas etilen memiliki pengaruh negatif bagi
kesehatan manusia. Gas etilen bersifat karsinogen. Penambahan kadar gas etilen
dalam tubuh manusia secara terus menerus dapat mengakibatkan kanker.
Pada awalnya, untuk mendeteksi keberadaan suatu molekul gas seperti gas
etilen digunakan metode analisis konvensional seperti Gas Chromatography (GC)
dan Mass Spectroscopy (MS). Metode tersebut memiliki kelemahan, yaitu: tidak
memiliki jangkauan pengukuran konsentrasi yang lebar dan tidak dapat digunakan
untuk pengukuran secara real – time. Metode – metode tersebut tidak dapat
digunakan untuk memonitor beberapa jenis gas secara simultan [Gondal, 1997].
Dalam satu kali pengukuran, metode analisis konvensional hanya bisa digunakan
untuk mendeteksi satu jenis molekul gas.
Kemudian dikembangkan suatu teknik berbasis laser untuk menyelesaikan
permasalahan di atas. Teknik ini memiliki kelebihan yaitu dapat digunakan untuk
pengukuran secara real – time dengan selektivitas dan sensitivitas yang tinggi
[Gondal, 1997]. Contoh detektor yang menggunakan teknik berbasis laser adalah
spektroskopi fotoakustik berbasis laser CO2.
Detektor fotoakustik memiliki sensitivitas dan selektivitas yang tinggi.
Laser yang menjadi basis dalam detektor fotoakustik juga memiliki range
pengukuran panjang gelombang yang lebar. Karena memiliki range panjang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
gelombang yang lebar maka detektor fotoakustik dapat digunakan untuk
mendeteksi keberadaan berbagai jenis molekul gas secara simultan.
Pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi kendaraan bemotor dalam
penelitian ini dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser
CO2. Jenis kendaraan bermotor yang digunakan dalam penelitian ini adalah
sepeda motor. Gas buang hasil emisi sepeda motor terdiri dari berbagai jenis gas
dengan konsentrasi yang berbeda. Untuk mengukur konsentrasi gas etilen dari
suatu campuran gas diperlukan detektor yang memiliki selektivitas dan sensitivitas
yang tinggi. Dengan alasan itulah maka dalam pengukuran ini digunakan detektor
fotoakustik berbasis laser CO2.
Salah satu hal yang penting untuk diperhatikan dalam pengukuran
konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor menggunakan detektor fotoakustik
adalah adanya faktor pengganggu. Keberadaan berbagai jenis gas dalam gas
buang sepeda motor dapat menjadi faktor pengganggu dalam pengukuran
konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor. Faktor pengganggu tersebut dapat
mempengaruhi dan mengubah hasil pengukuran. Oleh karena itu, faktor
pengganggu harus dikurangi bahkan jika bisa dieliminasi. Contoh metode yang
sering digunakan untuk mengeliminasi faktor pengganggu adalah metode
penapisan (filter). Dengan digunakannya detektor fotoakustik berbasis laser CO2
dan adanya penapisan terhadap faktor pengganggu dalam pengukuran konsentrasi
gas etilen ini, diharapkan diperoleh hasil konsentrasi gas etilen yang akurat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, pokok
permasalahan yang diangkat dalam skripsi ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana cara menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2
dalam pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor.
2. Bagaimana cara mengeliminasi faktor pengganggu dalam pengukuran
konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor.
C. Batasan Masalah
1. Pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor tersebut
dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser
CO2 yang terdapat di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat,
Universitas Sanata Dharma.
2. Untuk mengeliminasi faktor pengganggu dalam pengukuran gas etilen
hasil emisi sepeda motor digunakan metode penapisan (filter).
D. Tujuan Penelitian
1. Dapat memahami cara kerja detektor fotoakustik berbasis laser CO2.
2. Dapat mengaplikasikan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam
pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
3. Dapat menapis faktor pengganggu dalam pengukuran konsentrasi gas
etilen hasil emisi sepeda motor menggunakan detektor fotoakustik
berbasis laser CO2.
E. Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi tentang aplikasi detektor fotoakustik berbasis
laser CO2 dalam pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda
motor.
2. Memberikan informasi tentang penapisan faktor pengganggu dalam
pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor
menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2.
3. Metode dan hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan bagi
penelitian selanjutnya, khususnya bagi penelitian tentang polutan hasil
emisi kendaraan bermotor dengan menggunakan detektor fotoakustik.
4. Memberikan informasi tentang konsentrasi C2H4 di udara sebagai hasil
emisi sepeda motor.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
F. Sistematika Penulisan
BAB I Pendahuluan
Bab I menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan
masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian
dan sistematika penulisan.
BAB II Dasar Teori
Bab II menguraikan tentang dasar – dasar teori pendukung dalam
penelitian dan pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda
motor.
BAB III Eksperimen
Bab III menguraikan tentang tempat pelaksanaan penelitian, alat
dan bahan yang digunakan dalam penelitian, dan langkah –
langkah penelitian.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Bab IV menguraikan tentang hasil penelitian dan pembahasan hasil
penelitian.
BAB V Penutup
Bab V menguraikan tentang kesimpulan dan saran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
BAB II
DASAR TEORI
A. Teori Atom dan Molekul
Menurut Niels Bohr, atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan
elektron yang bermuatan negatif. Elektron – elektron ini bergerak mengedari inti
atom dalam sebuah orbit lingkaran seperti halnya planet – planet mengedari
matahari [Krane, 1992]. Orbit elektron menunjukkan kedudukan dan tingkat
energi elektron.
Elektron dapat berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang
lain. Perpindahan elektron dari tingkat energi rendah (E0) ke tingkat energi tinggi
(E1) disebut eksitasi. Menurut Bohr, pada proses eksitasi, elektron membutuhkan
energi dari luar yang besarnya sesuai dengan energi transisi dari kedua tingkat
energi tersebut. Energi ini akan diserap oleh elektron pada tingkat energi E0 dan
digunakan untuk berpindah ke tingkat energi E1. Besarnya energi transisi tersebut
mengikuti persamaan 2.1:
ΔΕ = E1 − E0 (2.1)
Sedangkan perpindahan elektron dari tingkat energi tinggi (E1) ke tingkat
energi rendah (E0) disebut deeksitasi. Pada proses deeksitasi, elektron akan
memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan tenaga
sebesar ℎ𝜈𝜈. Elektron yang berada pada tingkat energi E1 akan kehilangan energi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Elektron tersebut akan berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah yaitu tingkat
energi E0. Besarnya energi yang dipancarkan saat deeksitasi mengikuti persamaan
2.2:
ℎ𝜈𝜈 = Ε1 − Ε0 (2.2)
dengan : E1 = tingkat energi tinggi
E0 = tingkat energi rendah
ℎ = tetapan Planck (6,63.10-34 J.s)
𝜈𝜈 = frekuensi gelombang elektromagnetik
Molekul adalah gabungan dua atau lebih atom. Molekul memiliki kesamaan
sifat seperti atom yaitu dapat memancarkan dan menyerap energi elektromagnetik.
Molekul juga dapat mengalami proses eksitasi dan deeksitasi [Krane, 1992].
B. Detektor Fotoakustik Berbasis Laser CO2
Efek fotoakustik pada dasarnya merupakan konversi cahaya menjadi
gelombang bunyi. Efek fotoakustik pertama kali ditemukan oleh Alexander
Graham Bell pada tahun 1880. Namun penemuan tersebut baru berkembang pada
tahun 1968 setelah ditemukannya laser. Laser tersebut digunakan sebagai sumber
cahaya pada detektor fotoakustik.
Detektor fotoakustik memiliki kelebihan yaitu dapat digunakan untuk
pengukuran secara real – time dengan selektivitas dan sensitivitas yang tinggi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
[Gondal, 1997]. Selain itu, detektor ini dapat mendeteksi lebih dari satu jenis
molekul gas secara simultan. Karena kelebihannya, detektor fotoakustik berbasis
laser dapat digunakan sebagai alat pendeteksi keberadaan berbagai jenis molekul
gas.
Laser CO2 dan sel fotoakustik merupakan komponen penting detektor
fotoakustik berbasis laser CO2.
a. Laser CO2
Laser merupakan kependekan dari Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation. Laser memiliki range panjang gelombang yang lebar
mulai dari spektrum infra merah sampai ultra ungu. Laser memiliki beberapa
keunggulan dibandingkan sumber cahaya yang lain, yaitu: memiliki intensitas
yang tinggi, bersifat monokromatis, memiliki berkas yang terarah dan tidak
menyebar, serta dapat ditala. Oleh karena itu, laser digunakan sebagai sumber
cahaya pada detektor fotoakustik.
Laser terdiri dari beberapa jenis, yaitu: laser gas, laser zat padat, dan
laser zat cair. Laser CO2 merupakan salah satu contoh laser gas [Laud, 1988].
Laser CO2 pertama kali ditemukan oleh Patel pada tahun 1964. Laser CO2
dapat bekerja pada daerah panjang gelombang 9µm - 11µm. Etilen merupakan
salah satu gas yang memiliki koefisien serapan yang sangat tinggi di daerah
operasi laser CO2 [Santosa, 2008]. Oleh karena itu, laser CO2 dapat digunakan
untuk mendeteksi keberadaan etilen.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
b. Sel Fotoakustik
Bagian terpenting dari detektor fotoakustik adalah sel fotoakustik. Sel
fotoakustik merupakan tempat sampel gas berada. Sel fotoakustik berfungsi
sebagai tempat konversi cahaya menjadi gelombang bunyi. Di dalam sel
fotoakustik akan terjadi penyerapan tenaga laser oleh gas yang terdapat di
dalamnya. Sel fotoakustik terdiri dari resonator dan mikrofon.
Komponen penting dalam detektor fotoakustik tampak dalam Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Komponen penting dalam detektor fotoakustik
Jika laser ditala pada frekuensi transisi dari molekul yang berada di dalam
sel fotoakustik, maka molekul dengan tingkat energi E0 akan dieksitasi ke tingkat
tenaga yang lebih tinggi E1. Selanjutnya, molekul – molekul dengan tingkat tenaga
E1 akan melakukan proses deeksitasi dengan melepaskan tenaga eksitasinya. Pada
saat proses deeksitasi, molekul melepaskan tenaga eksitasinya secara non radiasi.
Molekul tersebut akan menumbuk molekul lainnya. Kemudian molekul tersebut
akan mentransfer tenaga eksitasinya menjadi tenaga translasi molekul yang
ditumbuknya. Adanya transfer tenaga eksitasi molekul menjadi tenaga translasi
laser
resonator
mikrofon
gas
sel fotoakustik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
molekul yang ditumbuk menyebabkan terjadinya kenaikan tenaga translasi
molekul yang ditumbuk. Kenaikan tenaga translasi dari molekul yang ditumbuk
menyebabkan terjadinya kenaikan suhu dan tekanan. Jika berkas laser dimodulasi
menggunakan chopper, tekanan di dalam sel fotoakustik akan berubah secara
periodik. Perubahan tekanan secara periodik ini akan menimbulkan bunyi. Bunyi
ini kemudian diukur dengan menggunakan mikrofon. Keluaran dari mikrofon
merupakan sinyal akustik yang akan diperkuat menggunakan lock – in amplifier.
Daya laser akan diukur menggunakan powermeter. Selanjutnya sinyal akustik dan
daya laser diolah menggunakan komputer [Santosa, 2008].
Keluaran dari mikrofon merupakan sinyal akustik. Keluaran dari mikrofon
dipengaruhi oleh oleh daya laser, koefisien serapan, konsentrasi gas dan konstanta
sel fotoakustiknya. Jika di dalam sel fotoakustik hanya terdapat satu macam gas
“g”, maka hubungan antara keluaran mikrofon, daya laser, koefisien serapan,
konsentrasi gas dan konstanta sel fotoakustiknya dapat dinyatakan dalam
persamaan 2.4 [Santosa, 2008]:
𝑆𝑆𝑙𝑙 = 𝐶𝐶𝑃𝑃𝑙𝑙𝐶𝐶𝑔𝑔𝛼𝛼𝑔𝑔𝑙𝑙 (2.4)
dengan : 𝑆𝑆𝑙𝑙 = sinyal akustik pada garis laser “l” [Volt (V)]
𝐶𝐶 = konstanta sel fotoakustik �𝑉𝑉 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑊𝑊 �
𝑃𝑃𝑙𝑙 = daya laser pada garis laser “l” [Watt (W)]
𝐶𝐶𝑔𝑔 = konsentrasi gas “g” dalam sel fotoakustik [ppb]
𝛼𝛼𝑔𝑔𝑙𝑙 = koefisien serapan gas “g” pada garis laser “l” [cm-1]
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Jika nilai sinyal dibandingkan dengan nilai daya, maka akan diperoleh
nilai sinyal ternormalisir �𝑆𝑆𝑃𝑃�. Sinyal ternormalisir menyatakan besarnya sinyal
yang dihasilkan pada daya sebesar 1 W. Besarnya nilai sinyal ternormalisir
mengikuti persamaan 2.5:
�𝑆𝑆𝑃𝑃�𝑙𝑙
= 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑔𝑔𝛼𝛼𝑔𝑔𝑙𝑙 (2.5)
Persamaan 2.4 dan 2.5 berlaku untuk satu nilai panjang gelombang laser.
Dalam praktek, untuk menghindari gangguan serapan dari molekul lain, perlu
dilakukan pengukuran pada beberapa panjang gelombang laser [Santosa, 2008].
Salah satu kelebihan detektor fotoakustik adalah dapat mendeteksi
keberadaan berbagai jenis molekul gas secara simultan. Dengan demikian, dalam
suatu pengukuran dapat terukur lebih dari satu molekul gas. Sebagai contoh, pada
sel fotoakustik terdapat dua molekul gas yaitu gas A dan gas B. Kedua molekul
gas tersebut menyerap radiasi laser pada garis laser l=1. Sinyal yang dihasilkan
sebesar Sl=1, sedangkan daya yang diserap sebesar Pl=1. Masing – masing molekul
gas tersebut memiliki konsentrasi sebesar 𝐶𝐶𝐴𝐴 dan 𝐶𝐶𝐵𝐵. Koefisien serapan masing –
masing molekul gas pada garis laser l=1 adalah 𝛼𝛼𝐴𝐴1 dan 𝛼𝛼𝐵𝐵1. Jika besarnya
konstanta sel fotoakustik adalah 𝐶𝐶, maka sinyal ternormalisir yang dihasilkan
kedua molekul gas tersebut dinyatakan oleh persamaan 2.6:
�𝑆𝑆𝑃𝑃�𝑙𝑙=1
= 𝐶𝐶(𝐶𝐶𝐴𝐴𝛼𝛼𝐴𝐴1 + 𝐶𝐶𝐵𝐵𝛼𝛼𝐵𝐵1) (2.6)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Karena molekul yang terukur terdiri dari dua jenis maka untuk mengetahui
besarnya konsentrasi kedua molekul tersebut diperlukan dua buah persamaan
sinyal ternormalisir dengan dua buah variabel, yaitu 𝐶𝐶𝐴𝐴 dan 𝐶𝐶𝐵𝐵. Oleh karena itu,
pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan pula pada garis laser l=2. Sinyal
ternormalisir yang dihasilkan oleh gas A dan gas B pada garis laser l=2
dinyatakan oleh persamaan 2.7:
�𝑆𝑆𝑃𝑃�𝑙𝑙=2
= 𝐶𝐶(𝐶𝐶𝐴𝐴𝛼𝛼𝐴𝐴2 + 𝐶𝐶𝐵𝐵𝛼𝛼𝐵𝐵2) (2.7)
dengan : S = sinyal akustik [Volt (V)]
P = daya laser [Watt (W)]
l = posisi garis laser
C = konstanta sel fotoakustik �𝑉𝑉 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑊𝑊 �
CA = konsentrasi gas A [ppb]
CB = konsentrasi gas B [ppb]
αA1 = koefisien serapan gas A pada l = 1 [cm-1]
αA2 = koefisien serapan gas A pada l = 2 [cm-1]
αB1 = koefisien serapan gas B pada l = 1 [cm-1]
αB2 = koefisien serapan gas B pada l = 2 [cm-1]
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Dengan menyelesaikan persamaan 2.6 dan 2.7 dapat diperoleh nilai 𝐶𝐶𝐴𝐴 dan
𝐶𝐶𝐵𝐵. Persamaan 2.6 dan 2.7 tersebut diselesaikan menggunakan metode eliminasi.
C. CO2 dan H2O sebagai Pengganggu Pengukuran
Pengukuran yang ideal dan sempurna akan memberikan output yang
berasal dari sampel. Namun, dalam prakteknya keadaan seperti itu sulit untuk
dicapai. Selain sampel, seringkali terdapat pengganggu yang ikut terukur.
Pengganggu dapat mempengaruhi dan mengubah hasil pengukuran. Oleh karena
itu, pengganggu harus dikurangi bahkan jika bisa dieliminasi. Sumber
pengganggu berasal dari analit, komponen lain dari sampel, dan dari instrumen
yang digunakan saat pengukuran [Willard et.al, 1988].
Laser CO2 yang merupakan sumber cahaya pada detektor fotoakustik
dapat bekerja pada range panjang gelombang 9µm - 11µm. Selain gas etilen,
masih terdapat berbagai jenis molekul gas lain yang memiliki koefisien serapan
yang tinggi pada daerah kerja laser CO2. Gas tersebut adalah CO2 dan H2O.
CO2 dan H2O dapat menyerap radiasi laser CO2 pada posisi garis laser CO2
tertentu [Rooth et.al, 1990]. Semakin besar konsentrasi CO2 dan H2O maka radiasi
laser CO2 semakin banyak yang terserap sehingga daya laser pun bisa habis
terserap. CO2 juga dapat mempengaruhi beda fase dan amplitudo sinyal akustik
[Rooth et.al, 1990]. Dengan demikian, CO2 dan H2O merupakan pengganggu
dalam pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor menggunakan
detektor fotoakustik berbasis laser CO2. Supaya diperoleh output berupa sinyal
dari gas etilen, pengganggu berupa CO2 dan H2O perlu dieliminasi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
D. Metode Eliminasi CO2 dan H2O yang menjadi Pengganggu Pengukuran
Eliminasi terhadap pengganggu penting untuk dilakukan supaya diperoleh
hasil pengukuran yang akurat. Eliminasi terhadap pengganggu dapat dilakukan
menggunakan metode penapisan/filter. Dalam metode ini, pengganggu dieliminasi
dengan cara ditapis atau disaring sehingga pengganggu tidak memberikan output
[Doebelin, 1976].
CO2 dan H2O yang menjadi pengganggu dalam pengukuran ditapis
menggunakan KOH dan CaCl2 [Santosa, 2002]. KOH mampu menyerap CO2,
sedangkan CaCl2 mampu menyerap H2O. Dengan diserapnya CO2 dan H2O
tersebut menyebabkan keberadaan CO2 dan H2O semakin kecil. Dengan demikian
pengaruh CO2 dan H2O terhadap pengukuran konsentrasi gas etilen pun semakin
kecil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
BAB III
EKSPERIMEN
A. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat,
Kampus III Universitas Sanata Dharma, Paingan Maguwoharjo Depok Sleman
Yogyakarta.
B. Alat dan Bahan
B.1. Alat – alat
Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari :
a. Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2
Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 digunakan untuk mengukur
konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor. Detektor fotoakustik
berbasis laser CO2 memiliki komponen sebagai berikut :
1) Laser CO2
Laser CO2 digunakan sebagai sumber cahaya pada detektor fotoakustik
berbasis laser CO2. Laser CO2 yang digunakan dalam penelitian ini
adalah laser CO2 sealed – off.
2) Sel fotoakustik
Sel fotoakustik merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat
konversi cahaya menjadi gelombang bunyi. Di dalam sel fotoakustik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
terdapat resonator dan mikrofon. Resonator berfungsi sebagai tempat
terjadinya resonansi bunyi. Sedangkan mikrofon berfungsi untuk
menangkap bunyi yang dihasilkan dari peristiwa penyerapan daya laser
oleh gas di dalam sel fotoakustik. Keluaran dari mikrofon merupakan
sinyal akustik.
3) Lock – in amplifier
Lock – in amplifier berfungsi untuk memperkuat sinyal akustik dan
sebagai penapis (filter). Kelebihan lock – in amplifier adalah dapat
membaca/mengukur sinyal yang sangat kecil dengan teliti walaupun
sinyal tersebut dikelilingi oleh pengganggu.
4) Powermeter
Powermeter digunakan untuk mengukur daya yang dihasilkan oleh
laser CO2.
5) Komputer 1
Komputer 1 digunakan untuk memonitor dan mengendalikan proses
pengukuran menggunakan detektor fotoakustik, serta untuk mencatat,
mengolah, dan menampilkan data hasil pengukuran.
b. Kompresor
Kompresor digunakan untuk menampung gas buang sepeda motor yang
akan diukur konsentrasi gas etilennya.
c. Flowcontroller
Flowcontroller digunakan untuk mengatur besarnya aliran gas etilen yang
masuk ke detektor fotoakustik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
d. Flowmeter
Flowmeter berfungsi untuk mengukur dan menampilkan besarnya aliran
gas yang masuk ke detektor fotoakustik. Satuan untuk aliran gas ini adalah
ml/menit.
e. Pendeteksi keberadaan CO2 dan H2O
Pendeteksi keberadaan CO2 dan H2O terdiri dari :
1) Cuvet + Sensor CO2
Cuvet + Sensor CO2 berfungsi untuk mengukur konsentrasi CO2 yang
menjadi pengganggu pada saat dilakukan penelitian.
2) Cuvet + Sensor H2O
Cuvet + Sensor H2O digunakan untuk mengukur konsentrasi uap air
(H2O) yang menjadi pengganggu pada saat dilakukan penelitian.
3) Komputer 2
Komputer 2 digunakan untuk memonitor pengukuran menggunakan
sensor CO2 dan sensor H2O, serta untuk mencatat, mengolah, dan
menampilkan data hasil pengukurannya.
f. Cuvet KOH + CaCl2
Cuvet KOH + CaCl2 digunakan sebagai tempat penyimpanan KOH dan
CaCl2 yang berperan sebagai penapis CO2 dan H2O yang merupakan
pengganggu pengukuran.
Alat – alat tersebut dirangkai mengikuti Gambar 3.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Gambar 3.1. Rangkaian alat yang digunakan dalam penelitian.
B.2. Bahan
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari :
a. Gas buang sepeda motor
Gas buang sepeda motor digunakan sebagai sampel yang akan diukur
konsentrasi gas etilennya.
b. KOH dan CaCl2
KOH digunakan sebagai penapis gas CO2, sedangkan CaCl2 digunakan
sebagai penapis uap air (H2O). CO2 dan H2O merupakan pengganggu
dalam pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor.
c. Gas Etilen 10 ppm
Gas etilen 10 ppm digunakan saat kalibrasi.
d. Gas udara
Gas udara digunakan untuk mengencerkan gas etilen 10 ppm.
Flowmeter
Cuvet + sensor H2O
Kompresor
Komputer 2
Komputer 1
Cuvet + sensor CO2
Cuvet KOH + CaCl2
Flow Controller
Detektor Fotoakustik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
C. Prosedur Penelitian
C.1. Penapisan CO2 dan H2O dari Gas Buang Sepeda Motor
Sampel dalam penelitian ini adalah gas buang sepeda motor. Di dalam gas
buang sepeda motor terkandung berbagai jenis gas seperti etilen, CO2 dan H2O.
Keberadaan CO2 dan H2O akan mengganggu pengukuran konsentrasi etilen dari
sampel. Supaya tidak mengganggu pengukuran perlu dilakukan penapisan CO2
dan H2O.
Penapisan CO2 dan H2O dilakukan menggunakan KOH dan CaCl2.
Penapisan ini dilakukan dengan tujuan supaya diperoleh konsentrasi CO2 dan H2O
yang sama dengan konsentrasi CO2 dan H2O pada saat dilakukan kalibrasi. Tujuan
lain dilakukannya langkah ini adalah untuk membuktikan bahwa KOH dan CaCl2
dapat digunakan untuk menapis CO2 dan H2O. Penapisan CO2 dan H2O
menggunakan KOH dan CaCl2 dilakukan mengikuti Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Rangkaian alat yang digunakan dalam penapisan CO2 dan H2O dari gas
buang sepeda motor menggunakan KOH dan CaCl2.
Flowmeter
Kompresor Cuvet + KOH dan CaCl2
Flow Controller
Cuvet + sensor H2O
Komputer 2
Cuvet + sensor CO2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
Gas buang yang akan ditapis perlu ditampung menggunakan kompresor.
Gas buang dalam kompresor dialirkan ke flowcontroller untuk diatur besar
kecepatan alirannya. Gas buang kemudian dialirkan menuju cuvet tabung U.
Cuvet tabung U digunakan sebagai tempat penapis berupa KOH dan CaCl2.
Selanjutnya, gas buang mengalir menuju cuvet berisi sensor CO2 dan sensor H2O
untuk diukur konsentrasi CO2 dan H2O – nya. Besar aliran gas buang dapat
diketahui menggunakan flowmeter digital.
C.2. Kalibrasi
Dalam penelitian ini, detektor fotoakustik berbasis laser CO2 akan
digunakan untuk pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor.
Oleh karena itu, perlu dilakukan kalibrasi untuk gas etilen terlebih dahulu. Di
dalam kalibrasi, nilai input yang akan diukur divariasi dan nilai parameter –
parameter input dibuat tetap.
Dalam kalibrasi ini, input yang divariasi adalah sinyal ternormalisir.
Sedangkan parameter – parameter input yang nilainya dibuat tetap adalah
konstanta sel fotoakustik, posisi garis laser serapan etilen, koefisien serapan gas
etilen, kecepatan aliran gas yang digunakan, jenis gas pembawa, frekuensi
resonansi medium di dalam sel fotoakustik, serta konsentrasi CO2 dan H2O.
Kalibrasi dilakukan dalam dua tahap, yaitu: pengukuran sinyal
ternormalisir untuk menentukan posisi garis laser serapan etilen dan pengukuran
konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran sinyal ternormalisir untuk menentukan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
posisi garis laser serapan etilen dilakukan mengikuti Gambar 3.3. Pada awalnya,
dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir pada saat sel fotoakustik dialiri gas
udara dari tabung. Kemudian dilakukan pula pengukuran sinyal ternormalisir pada
saat sel fotoakustik dialiri gas etilen 0,853 ppm. Gas etilen 0,853 ppm diperoleh
dari pengenceran gas etilen 10 ppm dari tabung dengan menggunakan gas udara.
Penggunaan gas udara dalam kalibrasi disebabkan karena gas udara berperan
sebagai gas pembawa yang digunakan dalam pengukuran konsentrasi gas etilen
hasil emisi sepeda motor.
Pengukuran sinyal ternormalisir akan menghasilkan grafik hubungan
sinyal ternormalisir terhadap posisi steppermotor. Posisi steppermotor
menunjukkan posisi garis laser. Posisi garis laser serapan etilen dapat diketahui
dengan membandingkan kedua hasil pengukuran sinyal ternormalisir tersebut.
Posisi garis laser serapan etilen diperoleh dari posisi garis laser yang memiliki
pertambahan sinyal ternormalisir tertinggi. Adanya pertambahan sinyal
ternormalisir menunjukkan adanya serapan gas etilen.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Flow Controller udara
Tabung gas etilen
Flowmeter
Tabung udara
Detektor Fotoakustik
Flow Controller etilen
Gambar 3.3. Rangkaian alat yang digunakan pada saat kalibrasi.
Setelah posisi garis laser serapan etilen diperoleh kemudian dilakukan
pengukuran konsentrasi gas etilen standar 0,853 ppm dari tabung mengikuti
Gambar 3.3. Gas etilen dengan konsentrasi 0,853 ppm inilah yang masuk ke
dalam detektor fotoakustik dan akan diukur konsentrasinya. Hasil pengukuran
konsentrasi gas etilen standar ditunjukkan dalam grafik hubungan konsentrasi gas
etilen standar (ppb) terhadap waktu pengukuran (jam).
C.3. Pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor
Pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel dapat dilakukan setelah
kalibrasi. Pengukuran ini dilakukan pada kondisi yang sama dengan kondisi saat
kalibrasi. Dalam penelitian ini digunakan sepeda motor dengan nomor mesin
2S6342838 berbahan bakar premium + pil booster yang dirakit tahun 2008 dan
sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 berbahan bakar premium yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
dirakit tahun 2008 sebagai penghasil gas etilen. Gas buang dari sepeda motor akan
ditampung menggunakan kompresor.
Untuk sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879, pengukuran
konsentrasi etilen dari sampel dilakukan dengan variasi terhadap putaran mesin
sepeda motor. Pengaturan putaran mesin dilakukan dengan mengatur posisi stang
sepeda motor sampai RPM meter pada sepeda motor menunjukkan nilai putaran
mesin yang diinginkan. Nilai putaran mesin ini harus dijaga supaya konstan
dengan cara mengunci posisi stang sepeda motor. Setelah diperoleh nilai putaran
mesin yang konstan, kompresor dinyalakan supaya dapat menampung gas buang
dari sepeda motor tersebut.
Sedangkan untuk sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838,
pengukuran konsentrasi etilen dari sampel dilakukan tanpa adanya variasi
terhadap putaran mesin sepeda motor. Hal ini dilakukan karena pada sepeda motor
dengan nomor mesin 2S6342838 tidak terdapat RPM meter. Dengan demikian
nilai putaran mesin sepeda motor tersebut tidak dapat diketahui.
Sebelum digunakan untuk menampung gas buang sepeda motor,
kompresor perlu dibersihkan terlebih dahulu. Hal ini dilakukan untuk memastikan
bahwa gas buang yang tertampung dalam kompresor memang berasal dari sepeda
motor. Cara membersihkan kompresor dilakukan dengan mengisi penuh
kompresor dengan gas buang sepeda motor dan kemudian mengosongkannya
kembali.
Pembersihan ini dilakukan sebanyak 3 kali dengan tujuan supaya
kompresor benar – benar bersih dari gas selain gas buang sepeda motor. Dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
demikian dapat dipastikan bahwa gas yang tertampung dalam kompresor memang
merupakan gas buang dari sepeda motor. Selain itu, bagian kipas kompresor
dilapisi oleh kasa untuk menapis partikel – partikel yang tidak diinginkan.
Diharapkan partikel – partikel ini tidak ikut tertampung dalam kompresor.
Setelah dibersihkan, kompresor digunakan untuk menampung gas buang
sepeda motor. Sampel yang telah tertampung dalam kompresor kemudian ditapis
CO2 dan H2O – nya karena dapat mengganggu pengukuran. Sampel yang telah
mengalami penapisan CO2 dan H2O inilah yang akan diukur konsentrasi etilennya.
Rangkaian alat yang digunakan dalam pengukuran konsentrasi etilen dari sampel
ditunjukkan dalam Gambar 3.1.
Selain CO2 dan H2O, masih terdapat jenis pengganggu yang lain berupa
partikel yang tidak diinginkan seperti serbuk KOH dan serbuk CaCl2. Partikel –
partikel ini perlu dieliminasi supaya sampel yang masuk ke dalam fotoakustik
benar – benar bersih. Oleh karena itu, pada cuvet KOH + CaCl2 diberi penyaring
berupa kapas.
Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen, perlu dipastikan
bahwa pada sel fotoakustik tidak terdapat gas lain yang dapat mengganggu
pengukuran. Sel fotoakustik harus dibersihkan terlebih dahulu. Pembersihan sel
fotoakustik dilakukan dengan mengalirkan gas udara secara langsung ke detektor
fotoakustik selama jangka waktu tertentu mengikuti Gambar 3.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Gambar 3.4. Rangkaian alat yang digunakan pada saat mengalirkan gas udara ke dalam sel fotoakustik.
Selain itu, perlu dilakukan pengesetan frekuensi resonansi sesuai dengan
medium yang terdapat dalam sel fotoakustik [Watini, 2008]. Medium yang
digunakan dalam penelitian ini adalah udara. Oleh karena itu, frekuensi resonansi
diset pada frekuensi 1721 Hz yang merupakan frekuensi resonansi medium udara.
Flowmeter
Flow Controller
Tabung udara
Detektor Fotoakustik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
A.1. Penapisan CO2 dan H2O dari Gas Buang Sepeda Motor
Sampel yang digunakan dalam penelitian mengandung berbagai jenis gas.
Selain mengandung etilen, di dalam sampel terkandung pula CO2 dan H2O.
Keberadaan CO2 dan H2O akan mengganggu pengukuran konsentrasi gas etilen
dari sampel. Hal ini dapat mempengaruhi dan mengubah hasil pengukuran
konsentrasi etilen. CO2 dan H2O perlu ditapis supaya tidak mengganggu
pengukuran. CO2 ditapis menggunakan KOH, sedangkan H2O ditapis
menggunakan CaCl2 [Santosa, 2002].
Dalam penelitian ini, dilakukan langkah pengukuran konsentrasi CO2 dan
H2O dengan adanya penambahan KOH dan CaCl2 pada cuvet tabung U. Langkah
pengukuran ini dilakukan selama 1,0 jam mengikuti Gambar 3.2. Dari pengukuran
ini diperoleh nilai konsentrasi CO2 yang mengalami penurunan dari 814,58 ppm
sampai dengan 218,33 ppm dan konsentrasi H2O yang juga mengalami penurunan
dari 44,21 % sampai dengan 39,71 %. Hasil pengukuran ini ditunjukkan dalam
Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
Gambar 4.1. Grafik hubungan konsentrasi CO2 (ppm) terhadap waktu pengukuran (jam)
dengan adanya penambahan CaCl2 dan KOH pada cuvet tabung U.
Gambar 4.2. Grafik hubungan konsentrasi H2O (%) terhadap waktu pengukuran (jam)
dengan adanya penambahan CaCl2 dan KOH pada cuvet tabung U.
Dari Gambar 4.1 dan 4.2 dapat diketahui bahwa penambahan KOH dan
CaCl2 menyebabkan terjadinya penurunan konsentrasi CO2 dan H2O. Hal ini
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9 1
Kon
sent
rasi
H2O
(%)
Waktu Pengukuran (jam)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9 1
Kon
sent
rasi
CO
2(p
pm)
Waktu Pengukuran (jam)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
membuktikan bahwa KOH dan CaCl2 dapat menapis CO2 dan H2O. Selain itu,
dapat diketahui pula bahwa penapisan terhadap CO2 dan H2O dari gas buang
sepeda motor menghasilkan konsentrasi CO2 dan H2O yang sama dengan
konsentrasi CO2 dan H2O dalam udara sekitar. Hal ini sesuai dengan konsentrasi
CO2 dan H2O pada saat kalibrasi karena kalibrasi tersebut dilakukan pada kondisi
udara sekitar.
A.2. Kalibrasi
Kalibrasi dilakukan melalui dua tahap, yaitu: pengukuran sinyal
ternormalisir untuk menentukan posisi garis laser serapan etilen dan pengukuran
konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran sinyal ternormalisir pada awalnya
dilakukan pada saat mengalirkan gas udara ke dalam sel fotoakustik. Hasil
pengukuran sinyal ternormalisir tersebut ditunjukkan dalam Gambar 4.3. Setelah
itu, dilakukan pula pengukuran sinyal ternormalisir pada saat sel fotoakustik
dialiri gas etilen 0,853 ppm dari tabung. Hasil pengukuran sinyal ternormalisir
pada saat gas etilen 0,853 ppm dialirkan ke dalam sel fotoakustik ditunjukkan
dalam Gambar 4.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi steppermotor pada
saat sel fotoakustik dialiri gas udara.
Gambar 4.4. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi steppermotor pada
saat sel fotoakustik dialiri gas etilen 0,853 ppm.
Dengan membandingkan Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 dapat diketahui
bahwa sinyal ternormalisir pada saat sel fotoakustik dialiri gas etilen 0,853 ppm
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
6500
6575
6650
6725
6800
6875
6950
7025
7100
7175
7250
Siny
al T
erno
rmal
isir (
au)
Posisi Steppermotor
00.020.040.060.080.1
0.120.140.160.180.2
0.22
6500
6575
6650
6725
6800
6875
6950
7025
7100
7175
7250
Siny
al T
erno
rmal
isir (
au)
Posisi Steppermotor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan sinyal ternormalisir pada
saat sel fotoakustik dialiri gas udara. Hal ini menunjukkan adanya pertambahan
sinyal ternormalisir. Pertambahan sinyal ternormalisir menunjukkan adanya
serapan etilen. Posisi garis laser dengan pertambahan sinyal ternormalisir tertinggi
merupakan posisi garis laser serapan etilen (10P14). Posisi garis laser ditunjukkan
oleh posisi steppermotor.
Pertambahan sinyal ternormalisir tertinggi terdapat pada posisi 6542. Dari
Gambar 4.3 dapat diketahui bahwa nilai sinyal ternormalisir gas udara pada posisi
tersebut adalah 0,20 au. Sedangkan dari Gambar 4.4 dapat diketahui bahwa nilai
sinyal ternormalisir gas etilen pada posisi tersebut adalah 0,40 au. Pertambahan
sinyal ternormalisir pada posisi garis laser 6542 sebesar 0,20 au. Karena terdapat
dua jenis gas yang terukur maka perlu dicari pula posisi garis laser 10P16. Dari
Gambar 4.4 dapat diketahui bahwa posisi garis laser 10P16 terletak pada posisi
6628. Pada posisi tersebut dihasilkan sinyal ternormalisir sebesar 0,11 au.
Garis laser 10P14 dan 10P16 yang telah diketahui kemudian digunakan
untuk pengukuran konsentrasi gas etilen standar 0,853 ppm. Gas etilen standar
diperoleh dari pengenceran gas etilen 10 ppm dari tabung menggunakan gas
udara. Gas etilen 10 ppm dari tabung dengan kecepatan aliran 2,6 ml/mnt
dicampurkan dengan gas udara yang memiliki kecepatan aliran 27,4 ml/mnt.
Pencampuran tersebut menghasilkan gas etilen 0,853 ppm. Gas etilen 0,853 ppm
inilah yang masuk ke dalam sel fotoakustik mengikuti Gambar 3.3 untuk diukur
konsentrasinya. Dari hasil kalibrasi diperoleh konsentrasi gas etilen sebesar (853 ±
15) ppb. Hasil kalibrasi ditunjukkan dalam Gambar 4.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Gambar 4.5. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu pengukuran (jam)
pada pengukuran konsentrasi gas etilen 0,853 ppm.
A.3. Pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor
Gas etilen yang akan diukur konsentrasinya berasal dari gas buang sepeda
motor. Dalam penelitian ini digunakan dua buah sepeda motor, yaitu sepeda
motor dengan nomor mesin 2S6342838 dan F405ID488879. Kedua motor ini
dirakit tahun 2008 dan berbahan bakar bensin. Sepeda motor dengan nomor mesin
F405ID488879 memiliki RPM meter, sedangkan sepeda motor dengan nomor
mesin 2S6342838 tidak. RPM meter dapat digunakan untuk mengetahui besarnya
putaran mesin per menit.
Pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor dengan
nomor mesin F405ID488879 dilakukan dengan variasi nilai putaran mesin.
Sedangkan pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor
dengan nomor mesin 2S6342838 nilai putaran mesin tidak divariasi. Hal ini
disebabkan karena sepeda motor tersebut tidak memiliki RPM meter sehingga
800810820830840850860870880890900
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
0.18
0.21
0.24
0.27 0.3
Kon
sent
rasi
Etile
n (p
pb)
Waktu Pengukuran (jam)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
nilai putaran mesinnya tidak diketahui. Gas buang dari kedua sepeda motor
tersebut kemudian ditampung menggunakan kompresor. Gas buang yang telah
ditampung dalam kompresor inilah yang akan diukur konsentrasi gas etilennya.
Untuk sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879, pengukuran
konsentrasi gas etilen dari sampel dilakukan sebanyak dua kali dengan putaran
mesin 1000 RPM dan 3500 RPM. Sedangkan untuk sepeda motor dengan nomor
mesin 2S6342838, pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel dilakukan
sebanyak satu kali. Pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel dilakukan
dengan menggunakan rangkaian alat yang ditunjukkan dalam Gambar 3.1. Hasil
pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor ditunjukkan dalam
Gambar 4.6, Gambar 4.7 dan Gambar 4.8.
Gambar 4.6. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu pengukuran (jam)
pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM.
180184188192196200204208212216220
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.3 0.33
Kon
sent
rasi
Etile
n (p
pb)
Waktu Pengukuran (jam)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Gambar 4.7. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu pengukuran (jam)
pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 3500 RPM.
Gambar 4.8. Grafik hubungan konsentrasi etilen (ppb) terhadap waktu pengukuran (jam)
pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838
26502660267026802690270027102720273027402750
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
0.18
0.21
0.24
0.27 0.3
0.33
Kon
sent
rasi
Etile
n (p
pb)
Waktu Pengukuran (jam)
460464468472476480484488492496500
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
0.18
0.21
0.24
0.27 0.3
Kon
sent
rasi
Etile
n (p
pb)
Waktu Pengukuran (jam)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Gambar 4.6 menunjukkan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari
sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin
1000 RPM. Pengukuran konsentrasi gas etilen untuk putaran mesin 1000 RPM
dilakukan selama 0,28 jam. Gas etilen yang diperoleh dari pengukuran memiliki
konsentrasi (199 ± 6) ppb.
Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan
nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 3500 RPM ditunjukkan dalam
Gambar 4.7. Pengukuran ini menghasilkan gas etilen dengan konsentrasi (482 ± 6)
ppb. Pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor
mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 3500 RPM dilakukan selama 0,27
jam.
Sedangkan pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor
dengan nomor mesin 2S6342838 dilakukan selama 0,32 jam. Konsentrasi gas
etilen yang diperoleh sebesar (2711 ± 15) ppb. Hasil pengukuran konsentrasi gas
etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 ditunjukkan
dalam Gambar 4.8.
Semua gas yang digunakan dalam pengukuran dialirkan dengan kecepatan
aliran 30ml/mnt. Perbandingan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari
sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dan sepeda motor
dengan nomor mesin 2S6342838 ditunjukkan dalam Tabel 4.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Tabel 4.1: Perbandingan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda
motor dengan nomor mesin F405ID488879 dan 2S6342838
Jenis sepeda motor Putaran mesin (RPM)
Konsentrasi etilen (ppb)
Sepeda motor dengan nomor mesin
F405ID488879 1000 (199 ± 6)
Sepeda motor dengan nomor mesin
F405ID488879 3500 (482 ± 6)
Sepeda motor dengan nomor mesin
2S6342838 - (2711 ± 15)
B. Pembahasan
Pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor dengan nomor
mesin F405ID488879 dan 2S6342838 dilakukan menggunakan detektor
fotoakustik berbasis laser CO2. Hal ini disebabkan karena gas etilen merupakan
salah satu gas yang memiliki koefisien serapan yang sangat tinggi di daerah
operasi laser CO2. Dengan digunakannya laser CO2 sebagai sumber cahaya pada
detektor fotoakustik menjadikan detektor fotoakustik sangat sensitif untuk
mendeteksi gas etilen.
Detektor fotoakustik dapat mendeteksi gas etilen jika terjadi penyerapan
tenaga laser CO2 oleh gas etilen yang ada di dalam sel fotoakustik. Molekul gas
etilen akan mengalami proses eksitasi dengan menyerap tenaga laser CO2.
Molekul gas etilen yang telah berada pada tingkat energi eksitasi kemudian akan
mengalami proses deeksitasi. Pada saat proses deeksitasi, molekul gas etilen
melepaskan tenaga eksitasinya secara non radiasi. Kemudian terjadi transfer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
tenaga dari tenaga eksitasi molekul gas etilen menjadi tenaga translasi molekul
gas lain yang ditumbuk oleh molekul gas etilen. Molekul gas lain yang mendapat
transfer tenaga dari molekul gas etilen akan mengalami kenaikan tenaga translasi.
Kenaikan tenaga translasi ini menyebabkan terjadinya kenaikan suhu dan tekanan.
Jika berkas laser dimodulasi menggunakan chopper maka tekanan di dalam sel
fotoakustik akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan secara periodik ini
akan menimbulkan bunyi yang akan terukur oleh mikrofon. Keluaran dari
mikrofon merupakan sinyal akustik. Sinyal akustik ini kemudian akan diperkuat
menggunakan lock – in amplifier.
Lock – in amplifier dalam detektor fotoakustik dapat digunakan untuk
mengeliminasi pengganggu yang menyertai sinyal akustik. Hal ini dikarenakan
lock – in amplifier dapat mengunci satu nilai frekuensi sinyal, sehingga hanya
sinyal dengan frekuensi tersebut yang akan diperkuat. Pengganggu yang
frekuensinya tidak sama dengan frekuensi sinyal akan dieliminasi.
Selain mengandung gas etilen, gas buang sepeda motor juga mengandung
berbagai jenis gas lain. Keberadaan berbagai jenis gas ini dapat mengganggu
pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor. Gas pengganggu
tersebut adalah CO2 dan H2O. CO2 dan H2O dapat menyerap radiasi laser CO2
pada posisi garis laser CO2 tertentu [Rooth et.al, 1990]. Semakin besar konsentrasi
CO2 dan H2O maka radiasi laser CO2 semakin banyak yang terserap sehingga
daya laser pun bisa habis terserap. Selain itu, CO2 dapat mempengaruhi besar
sudut fase dan amplitudo dari sinyal akustik [Rooth et.al, 1990].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Supaya tidak mengganggu pengukuran, CO2 dan H2O perlu ditapis. CO2
dan H2O ditapis supaya tidak berinterferensi dengan gas etilen. Dengan demikian
dapat diyakini bahwa sinyal yang terukur memang milik gas etilen. CO2 ditapis
menggunakan KOH, sedangkan H2O ditapis menggunakan CaCl2 [Santosa, 2002].
Untuk membuktikan bahwa KOH dan CaCl2 dapat digunakan untuk
menapis CO2 dan H2O, dilakukan pengukuran konsentrasi CO2 dan H2O dengan
adanya penambahan KOH dan CaCl2 pada cuvet tabung U. Pada pengukuran ini,
bagian cuvet tabung U yang terhubung dengan flowcontroller diisi dengan KOH
sedangkan bagian cuvet tabung U yang terhubung dengan sensor H2O diisi
dengan CaCl2.
Gas buang yang telah diatur kecepatan alirannya menggunakan
flowcontroller mengalir melewati KOH dan CaCl2. CO2 akan diserap oleh KOH,
sedangkan H2O akan diserap oleh CaCl2. Dari sensor CO2 dan H2O terlihat bahwa
konsentrasi CO2 dan H2O mengalami penurunan. Penurunan konsentrasi CO2 dan
H2O menunjukkan adanya penapisan CO2 dan H2O. Hal ini membuktikan bahwa
KOH dan CaCl2 dapat digunakan untuk menapis CO2 dan H2O. Hasil penapisan
terhadap CO2 dan H2O menunjukkan bahwa konsentrasi CO2 dan H2O yang
diperoleh telah sesuai dengan konsentrasi CO2 dan H2O saat kalibrasi.
Setelah pengganggu berupa CO2 dan H2O ditapis menggunakan KOH dan
CaCl2, selanjutnya dilakukan kalibrasi. Di dalam kalibrasi, nilai input yang akan
diukur divariasi dan nilai parameter – parameter input dibuat tetap. Input dalam
pengukuran adalah sinyal ternormalisir. Sedangkan parameter – parameter input
diantaranya adalah konstanta sel fotoakustik, posisi garis laser serapan etilen,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
koefisien serapan gas etilen, kecepatan aliran gas yang digunakan, jenis gas
pembawa, frekuensi resonansi medium di dalam sel fotoakustik, serta konsentrasi
CO2 dan H2O.
Kalibrasi dilakukan melalui dua tahap, yaitu: pengukuran sinyal
ternormalisir untuk menentukan posisi garis laser serapan etilen dan pengukuran
konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran sinyal ternormalisir untuk penentuan
posisi garis laser serapan etilen penting dilakukan. Hal ini disebabkan karena pada
posisi garis laser tersebut gas etilen paling banyak menyerap radiasi laser CO2.
Dengan kata lain, pada posisi garis laser tersebut detektor fotoakustik paling
sensitif untuk mendeteksi gas etilen.
Pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan 2 kali pada posisi steppermotor
6500 – 7200. Pengukuran pertama dilakukan pada saat sel fotoakustik dialiri gas
udara, sedangkan pengukuran kedua dilakukan pada saat sel fotoakustik dialiri gas
etilen 0,853 ppm dari tabung. Dari kedua pengukuran tersebut dapat diketahui
bahwa terdapat pertambahan tinggi sinyal ternormalisir. Posisi garis laser dengan
pertambahan sinyal ternormalisir tertinggi merupakan posisi garis laser serapan
etilen, yaitu garis laser 10P14. Garis laser 10P14 yang diperoleh pada pengukuran
ini terdapat pada saat steppermotor berada pada posisi 6542.
Untuk menghindari dan mengeliminasi gangguan serapan dari molekul
lain perlu dilakukan pengukuran pada beberapa posisi garis laser. Pada penelitian
ini terdapat dua jenis gas yang terukur yaitu gas etilen dan gas pengganggu. Oleh
karena itu, perlu digunakan dua posisi garis laser. Pengukuran tidak hanya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
menggunakan garis laser 10P14, melainkan juga menggunakan garis laser 10P16.
Garis laser 10P16 yang diperoleh pada pengukuran ini terdapat pada posisi 6628.
Setelah posisi garis laser serapan gas etilen diketahui, kemudian dilakukan
pengukuran konsentrasi gas etilen standar 0,853 ppm. Gas etilen standar 0,853
ppm dialirkan menuju detektor fotoakustik mengikuti Gambar 3.3. Gas etilen
0,853 ppm diperoleh dari pencampuran gas udara yang memiliki kecepatan aliran
27,4 ml/mnt dengan gas etilen 10 ppm yang memiliki kecepatan aliran 2,6 ml/mnt.
Pengukuran konsentrasi gas etilen standar 0,853 ppm dilakukan selama 0,30 jam.
Hasil pengukuran konsentrasi etilen standar 0,853 ppm adalah sebesar (853 ± 15)
ppb, ditunjukkan dalam Gambar 4.5 dan Lampiran 1.
Setelah kalibrasi, selanjutnya dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen
dari sampel. Pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel dilakukan pada
kondisi yang sama dengan kondisi saat kalibrasi. Pengukuran pertama dilakukan
pada gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879
dengan putaran mesin 1000 RPM. Pengukuran ini dilakukan selama 0,28 jam
mengikuti Gambar 3.1 dan menghasilkan konsentrasi gas etilen sebesar (199 ± 6)
ppb.
Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan
nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM ditunjukkan dalam
Gambar 4.6 dan Lampiran 2. Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi gas
etilen kembali, sel fotoakustik dibersihkan terlebih dahulu. Pembersihan
dilakukan dengan mengalirkan gas udara ke dalam sel fotoakustik selama 0,17
jam mengikuti Gambar 3.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Pengukuran selanjutnya adalah pengukuran konsentrasi gas etilen dari
sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin
3500 RPM. Pengukuran ini dilakukan selama 0,27 jam. Pengukuran ini
menghasilkan gas etilen dengan konsentrasi (481 ± 6) ppb, ditunjukkan dalam
Gambar 4.7 dan Lampiran 3.
Kemudian dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda
motor dengan nomor mesin 2S6342838. Sebelum dilakukan pengukuran tersebut,
sel fotoakustik dibersihkan dengan cara dialiri gas udara. Gas etilen dari sampel
sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 kemudian diukur konsentrasinya
selama 0,32 jam. Konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor
mesin 2S6342838 adalah (2711 ± 15) ppb, ditunjukkan dalam Gambar 4.8 dan
Lampiran 4. Perbandingan konsentrasi gas etilen yang diperoleh dari sepeda
motor dengan nomor mesin F405ID488879 dan sepeda motor dengan nomor
mesin 2S6342838 ditunjukkan dalam Tabel 4.1.
Dari seluruh hasil pengukuran yang diperoleh dapat diketahui bahwa
detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dapat digunakan untuk mendeteksi gas
etilen. Gas etilen yang terdeteksi ini memiliki konsentrasi yang sangat kecil, yaitu
berorde ppb (part per billion, 1:10-9). Kemampuan detektor fotoakustik berbasis
laser CO2 untuk mendeteksi gas etilen dengan konsentrasi yang sangat kecil ini
menunjukkan bahwa detektor fotoakustik berbasis laser CO2 memiliki sensitivitas
yang tinggi.
Hasil pengukuran menunjukkan bahwa di dalam gas buang sepeda motor
terkandung gas etilen. Gas etilen dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
bensin. Produksi gas etilen ini dipengaruhi oleh besarnya putaran mesin sepeda
motor. Semakin besar nilai putaran mesin motor, semakin banyak pula konsumsi
bahan bakar bensin. Hal ini menyebabkan gas etilen yang diproduksi semakin
banyak. Pengaruh putaran mesin sepeda motor ditunjukkan dalam pengukuran
menggunakan sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879. Hasil
pengukuran gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin
F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM dan 3500 RPM menunjukkan
bahwa ketika nilai putaran mesin semakin besar, konsentrasi gas etilen yang
dihasilkan pun semakin besar.
Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan
nomor mesin F405ID488879 yang berbahan bakar premium dapat dibandingkan
pula dengan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor
dengan nomor mesin 2S6342838 yang berbahan bakar premium + pil booster. Gas
etilen yang berasal dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838
memiliki konsentrasi yang lebih besar dibandingkan gas etilen yang berasal dari
sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879. Dengan demikian
dapat diketahui bahwa dengan adanya perbedaan bahan bakar yang digunakan
menyebabkan perbedaan konsentrasi gas etilen yang dihasilkan. Dari seluruh hasil
pengukuran dapat diketahui bahwa konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda
motor dipengaruhi oleh putaran mesin dan jenis bahan bakar yang digunakan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen dari
gas buang sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dan 2S6342838
menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2. Pengukuran ini dilakukan
dengan variasi putaran mesin motor dan variasi bahan bakar yang digunakan.
Berdasarkan hasil dari penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
1. Detektor fotoakustik dapat diaplikasikan dalam pengukuran
konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor.
2. Penapisan pengganggu pengukuran berupa CO2 dan H2O dapat
dilakukan menggunakan KOH dan CaCl2.
3. Konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor dipengaruhi oleh
putaran mesin (RPM) dan jenis bahan bakar yang digunakan.
B. Saran
Jika dikemudian hari akan dilakukan penelitian serupa menggunakan
detektor fotoakustik, maka penulis menyarankan supaya dilakukan penapisan CO2
dan H2O terlebih dahulu. CO2 dan H2O perlu ditapis karena kedua jenis gas
tersebut merupakan faktor pengganggu dalam pengukuran konsentrasi gas etilen.
Penapisan CO2 dan H2O dilakukan dengan menggunakan KOH dan CaCl2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
DAFTAR PUSTAKA
Doebelin, E.O. 1976. Measurement System Application and Design. Tokyo:
McGraw – Hill Kogakusha, LTD.
Gondal, M.A. 1997. “Laser Photoacoustic Spectrometer for Remote Monitoring
of Atmospheric Pollutants.” Applied Optics. 36 (2): 3195 – 3201
Krane, K.S. 1992. Fisika Modern. Jakarta: UI – Press.
Laud, B.B. 1988. Laser dan Optik Nonlinear. Jakarta : UI – Press.
Rooth, R.A. et al. 1990. “Photoacoustic Measurement of Ammonia in the
Atmosphere: Influence of Water Vapor and Carbon Dioxide.” Applied
Optics. 29 (25): 3643 – 3653
Santosa, I.E. 2002. Oxidative Stress and Phatogenic Attack in Plants, Studied by
Laser Based Photoacoustic Trace Gas Detection. PhD thesis Katholieke
Universiteit Nijmegen.
Santosa, I.E. 2008. Spektroskopi Fotoakustik. Yogyakarta: Fisika Universitas
Sanata Dharma.
Watini, Katarina. 2008. Optimalisasi Detektor Fotoakustik dengan Menentukan
Frekuensi Resonansinya. Skripsi FST Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
Willard, H.H. et al. 1988. Instrumental Methods of Analysis, 7th edition.
California: Wadsworth Publishing Company.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
LAMPIRAN 1
Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen
standar 0,853 ppm. Hasil pengukuran gas etilen standar 0,853 ppm ditunjukkan
dalam Tabel 1 di bawah ini:
Tabel 1 : Data pengukuran konsentrasi gas etilen 0,853 ppm
No Waktu [jam] Konsentrasi Etilen [ppb] 1 1.321 839.72 2 1.329 832.54 3 1.336 831.81 4 1.344 836.77 5 1.350 854.35 6 1.358 851.05 7 1.365 851.48 8 1.372 851.41 9 1.378 851.35
10 1.386 855.54 11 1.405 849.49 12 1.413 850.94 13 1.420 827.56 14 1.428 826.91 15 1.435 887.78 16 1.442 883.19 17 1.449 865.79 18 1.456 872.07 19 1.464 844.03 20 1.470 840.87 21 1.477 865.69 22 1.483 868.54 23 1.531 854.28 24 1.537 855.75 25 1.558 859.87 26 1.566 862.86 27 1.587 853.10 28 1.595 852.21 29 1.602 860.42 30 1.609 862.70 Konsentrasi etilen (853 ± 15)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
LAMPIRAN 2
Pengukuran konsentrasi gas etilen dilakukan pada sampel sepeda motor
dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM selama
0,28 jam. Hasil pengukurannya ditunjukkan dalam Tabel 2 di bawah ini:
Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM
No Waktu [jam] Konsentrasi Etilen [ppb] 1 0.013 194.21 2 0.020 194.47 3 0.027 201.38 4 0.034 195.98 5 0.042 195.83 6 0.050 200.93 7 0.071 193.06 8 0.079 194.08 9 0.088 197.46
10 0.095 197.14 11 0.103 197.07 12 0.110 197.94 13 0.117 191.85 14 0.125 189.53 15 0.132 191.59 16 0.139 188.55 17 0.147 195.96 18 0.154 207.05 19 0.160 203.30 20 0.167 203.31 21 0.188 196.22 22 0.195 192.98 23 0.202 202.37 24 0.209 208.00 25 0.232 206.64 26 0.239 204.72 27 0.246 203.35 28 0.254 198.17 29 0.291 208.60 30 0.298 204.34 Konsentrasi etilen (199 ± 6)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
LAMPIRAN 3
Pengukuran konsentrasi gas etilen dilakukan pada sampel sepeda motor
dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 3500 RPM selama
0,27 jam. Hasil pengukurannya ditunjukkan dalam Tabel 3 di bawah ini:
Tabel 3: Data konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 3500 RPM
No Waktu [jam] Konsentrasi Etilen [ppb] 1 0.015 489.17 2 0.021 489.79 3 0.028 483.73 4 0.065 489.49 5 0.073 474.26 6 0.081 470.39 7 0.088 492.14 8 0.095 478.15 9 0.109 477.23
10 0.116 472.55 11 0.123 478.05 12 0.131 486.77 13 0.139 485.90 14 0.146 484.75 15 0.153 482.08 16 0.161 490.99 17 0.167 488.52 18 0.175 488.90 19 0.182 486.62 20 0.189 476.03 21 0.195 473.64 22 0.202 480.88 23 0.209 478.80 24 0.216 480.73 25 0.223 482.20 26 0.244 480.87 27 0.252 488.53 28 0.259 490.91 29 0.266 471.74 30 0.281 476.37 Konsentrasi etilen (482 ± 6)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
LAMPIRAN 4
Pada penelitian ini, pengukuran konsentrasi gas etilen dilakukan pada
sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 selama 0,32 jam. Hasil
pengukurannya ditunjukkan dalam Tabel 4 di bawah ini :
Tabel 4: Data konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838
No Waktu [jam] Konsentrasi Etilen [ppb]
1 1.046 2682.84
2 1.053 2685.61
3 1.102 2683.03
4 1.116 2678.37
5 1.123 2698.51
6 1.131 2714.75
7 1.139 2710.44
8 1.174 2707.22
9 1.181 2710.70
10 1.187 2723.62
11 1.195 2720.46
12 1.230 2717.14
13 1.238 2738.77
14 1.244 2725.24
15 1.251 2719.66
16 1.258 2710.76
17 1.265 2705.42
18 1.271 2729.25
19 1.278 2724.73
20 1.285 2696.29
21 1.293 2711.75
22 1.307 2728.30
23 1.314 2706.17
24 1.321 2713.45
25 1.329 2730.67
26 1.337 2727.43
27 1.344 2707.49
28 1.352 2719.38
29 1.359 2711.29
30 1.366 2700.43
Konsentrasi etilen (2711 ± 15)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
LAMPIRAN 5
Contoh perhitungan:
Dalam menghitung besarnya ketidakpastian setiap hasil pengukuran
digunakan rumus ketidakpastian, yaitu:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = �∑(𝑋𝑋� − 𝑋𝑋𝑘𝑘)2
(𝑘𝑘 − 1)
dengan : X = rata – rata dari seluruh hasil pengukuran
Xi = data ke i
n = jumlah data yang dihasilkan
Sebagai contoh, dalam pengukuran konsentrasi gas etilen standar diperoleh
30 data dengan nilai konsentrasi etilen rata – rata sebesar 853 ppb. Dari data
tersebut diperoleh nilai ketidakpastian pengukuran sebesar:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = �6249,00
(29) 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑝𝑝 = 15𝑘𝑘𝑘𝑘𝑝𝑝
Sehingga hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar dapat dituliskan menjadi
(853 ± 15) ppb.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Top Related