86
RANCANG BANGUN ALAT PENURUN POLUSI
UDARA DENGAN AEROGEL SILICA BERTENAGA
WIND TURBIN BERBASIS IoT
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Strata
Satu (S-1)
Disusun oleh :
Irdavlan Mohamad Yahya
NIM.21601053013
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ISLAM MALANG
2021
x
ABSTRAKSI
IRDAVLAN MOHAMAD YAHYA, 21601053013. ” RANCANG BANGUN ALAT
PENURUN POLUSI UDARA DENGAN AEROGEL SILICA BERTENAGA WIND
TURBIN BERBASIS IoT “.Pembimbing Bambang Minto Basuki dan Oktriza
Melfazen. Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Islam Malang.
Rancangan alat pengurang polusi udara dengan silika aerogel yang digerakkan oleh
turbin angin berbasis iot merupakan alat yang berfungsi untuk mendeteksi gas
karbon monoksida (CO), asap, partikel debu PM2.5, dan dapat mengadsorbsi
kandungan polusi udara pada permukaan silika aerogel. . Sistem ini akan aktif
ketika konsentrasi pencemaran udara yang diterima sensor melebihi batas normal
yang telah ditentukan, dan akan berhenti ketika konsentrasi paparan gas kembali
normal. Untuk membersihkan pencemaran udara dari gas Co, asap dan PM2.5
digunakan kipas DC sebagai kipas pembuangan yang mengarah ke saringan silika
aerogel sehingga paparan pencemaran udara terserap pada silika aerogel. Dan untuk
mengetahui tingkat pemaparan konsentrasi gas Co, asap dan PM2.5 akan
ditampilkan pada LCD dan juga Blynk. Sedangkan energi listrik yang digunakan
berasal dari turbin angin savonius, dimana energi tersebut disimpan pada baterai
Kata Kunci : Turbin Angin, Arduino Uno R3, ESP8266-01, Sensor Polusi Udara,
Aerogel Silika.
ABSTRACT
The design of air pollution reducing equipment with silica airgel powered by iot-
based wind turbines is a tool that functions to detect carbon monoxide (CO) gas,
smoke, PM2.5 dust particles, and can adsorb air pollution content on the silica airgel
surface. This system will activate when the air pollution concentration received by
the sensor exceeds the predetermined normal limit, and will stop when the
concentration of gas exposure returns to normal. To clean air pollution from Co,
smoke and PM2.5 gases, a DC fan is used as an exhaust fan that leads to the silica
airgel filter so that exposure to air pollution is adsorbed on the silica airgel. And to
determine the level of exposure to the concentration of gas Co, smoke and PM2.5
will be displayed on the LCD and also Blynk. While the electrical energy used
comes from the savonius wind turbine, where the energy is stored in the battery.
Keywords : Wind Turbin, Arduino Uno R;3, ESP8266-01, Air Pollution Sensor,
Aerogel Sillica
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Polusi udara secara tidak langsung dapat menjadi penyebab kematian tiap
tahunya terjadi di negara berkembang yang terjadi akibat dari terpaparnya polusi
udara luar ruangan[1]. Angka kematian absolut akibat polusi udara oleh partikel
padat dan ozon (O3) yang terjadi di indonesia di tahun 2010 sebesar 71.372
kematian, setelah itu meningkat kembali tahun 2016 sebesar 80.650 kematian[2].
Pada laman berita kompas.com menyatakan perihal peyampaian dari Gubernur
DKI Jakarta bahwa “Pakar mengatakan 5,5 juta kasus penyakit disebabkan oleh
pencemaran udara per tahunya di Jakarta. Itu hampir 11 kasus setiap menitnya dan
biaya kesehatan akibat ini (pecemaran udara) sekitar Rp 6,8 triliun,” kata anise
dalam webinar yang di siarkan melalui zoom, Rabu (23/9/2020).[3]
Pada laman Liputan6 mengambil data dari 2019 World Air Quality yang di
terbitkan IQAir AirVisual, Jakarta termasuk kualitas udara terburuk di asia yakni
pada daerah Tanggerang Selatan dengan rata-rata PM2.5 sebesar 81,3 µg/𝑚3
dengan kualitas udara seperti itu dapat mengakibatkan penyakit pernapasan seperti
asma, kanker paru-paru, hingga penyakit jantung. Hal ini tentu di sebabkan oleh
banyaknya pabrik-pabrik industri, pembangkit listrik, dan kendaraan bermotor yang
setiap harinya selalu menghasilkan polutan serta kebakaran hutan yang mencemari
udara bersih. Setiap polutan memiliki dampak yang berbeda-beda antara jenis satu
dengan jenis yang lainya. Zat yang dapat menyebabkan pencemaran udara diantara:
Karbon Monoksida (CO), Karbon Dioksida (CO2), Sulfur Dioksida (SO2),
Nitrogen Dioksida (NO2), Hidrokarbon (HC), Chlorouorcarbon (CFC), Timbal
(Pb), dan Partikular (PM10)[4].
Udara merupakan komponen esensial bagi kehidupan, baik manusia maupun
makhluk hidup lainya. Udara merupakan campuran dari gas, yang terdiri dari
sekitar 78% Nitrogen; 20% Oksigen; 0,9% Argon; 0,03% Karbon Dioksida (CO2);
2
dan sisanya terdiri dari Neon (Ne), Metan (CH4) dan Hidrogen (H2). Udara di
katakan “Normal” dan dapat mendukung kehidupan manusia apabila komposisinya
seperti tersebut di atas. Udara sudah tercemar apabila terjadi penambahan gas-gas
lain yang dapat menimbulkan gangguan serta perubahan pada komposisi udara
tersebut.[5]
Pada penelitian ini akan di buat sebuah alat untuk mengurangi polusi udara
menggunakan arduino sebagai mikrokontroller sistem monitoring polusi udara dan
memanfaatkan energi terbarukan berupa turbin angin sebagai sumber daya dari alat
tersebut. Alat ini natinya akan mendeteksi kandungan polusi udara pada masing-
masing sensor gas yang terpasang, apakah kandungan udara tersebut aman atau
tidak. Ketika kandungan udara yang terdeteksi oleh alat memiliki kandungan polusi
udara yang berbahaya maka alat tersebut akan bekerja untuk mengurangi
kandungan polutan yang berbahaya tersebut. Penyaring udara terseut menggunakan
aerogel silica sebagai media untuk mengikat kandungan polusi udara.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah di kemukakan di atas, maka secara rinci
masalah yang akan di teliti adalah :
1. Bagaimana merancang dan membangun sistem untuk mengurangi polusi udara
dengan pembangkit listrik tenaga angin sebagai sumber daya energi listrik.
2. Bagaimana Penerapan yang optimal turbin angin sebagai pembangkit listrik pada
sistem penurun polusi udara.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian yang akan di lakukan adalah sebagai berikut :
1. Menerapkan generator turbin angin sebagai sumber energi terbarukan.
2. Menciptakan lingkungan yang aman dari polusi udara.
3. Membuat sebuah alat untuk dapat mengurangi polusi udara
1.4 Batasan Penelitian
Adapun batasan masalah yang di miliki:
1. Menggunakan modul dengan output DC 12-18V 30 watt
2. Memerlukan waktu untuk dapat mengurangi polusi udara.
3. Perangkat di gunakan pada ruangan tertutup.
3
4. Menggunakan jenis turbin angin savonius.
5. Menggunakan Aerogel silica sebagai penurun polusi udara.
1.5 Manfaat Penelitian
Berdasarkan tujuan di atas maka manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dapat menerapkan sistem untuk mengurangi polusi udara.
2. Dapat mengetahui sistem generator wind turbin skala kecil yang mudah di gunakan.
3. Dapat menciptakan alat yang berguna bagi orang lain.
1.6 Luaran
1. Sebagai media alternatif untuk menguragi dampak ari polusi udara.
2. Sebagai bahan referensi untuk bahan pengembangan penelitian selanjutnya.
Sistematika Penulisan
Sistematika yang akan di gunakan sebagai penelitian ini yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Pada bab 1 berisi tentang latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan
masalah, manfaat penelitian, sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab 2 ini menguraikan tentang teori dasar yang di lakukan untuk menunjang
penelitian yang akan di lakukan, membantu permasalahan yang di lakukan dalam
penelitian ini dan solusi untuk menyelesaikan masalah yang di bahas dalam
penelitian ini.
BAB III : METODE PENELITIAN
Pada bab 3 ini akan menguraikan metode dan langkah kerja yang akan di lakukan
dalam pengambilan data, analisis dan pengambilan kesimpulan dan saran.
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHSAN
Pada Bab 4 ini akan membahas tentang pengujian alat berdasarkan perencanaan
sistem yang dibuat, dengan menguji setiap komponen sistem pada masing-masing
sub-blok sistem.
BAB V: PENUTUP
Pada Bab 5 membahas tentang kesimpulan dari peneliti tentang penelitian yang
telah dibuat.
131
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh hasil tentang Rancang Bangun
Alat Penurun Polusi Udara Menggunakan Aerogel Silica Bertenaga Wind Turbin
Berbasis Iot sebagai berikut :
1. Peggunaan aerogel silica pada sistem penurun polusi udara terbukti efektif
untuk dapat mengurangi pencemaran udara di sekitar alat tersebut. Sistem
monitoring jarak jauh sebagai media untuk dapat memantau kondisi udara
disekitar alat dengan memanfaatkan IoT dapat memberikab akses yag lebih
mudah ketika ingin memantau kondisi polusi udara di daerah tersebut dan
data yang dikirim dari masing-masing sensor dapat diterima aplikasi denga
cukup baik. Sensor CO dapat mendeteksi kenaikan kadar CO dan
penurunanya. Alat dapat mengurangi kadar CO dari 15,74 menjadi 7,64
yaitu sebesar ±50%. Akan tetapi untuk sensor debu PM2.5 yang digunakan
masih kurang begitu responsif ketika mendeteksi partikel debu ketika alat
mendeteksi kandungan polusi udara.
2. Energi listrik yang dihasilkan wind turbin selama 8 hari dengan rata-rata
energi yang didapat sebanyak 154,44 watt jam dengan kebutuhan energi alat
selama satu hari sebanyak 161,28 watt jam.
5.2 Saran
Berikut merupakan saran tentang alat penurun polusi udara dengan pembangkit
wind turbin dan monitoring berbasis iot:
1. Membutuhkan 2 turbin angin serupa untuk dapat memenuhi kebutuhan
energi alat penurun polusi udara tiap harinya.
2. Dapat menggunakan Aerogel silika dengan beberapa campuran tambahan
untuk meningkatkan efisiensi dalam mengikat kandungan polusi udara pada
bagian permukaan aerogel silica.
3. Alat penurun polusi udara lebih cocok di tempatkan pada ruangan tertutup
sedangkan turbin angin di tempatkan pada ruangan terbuka.
132
DAFTAR PUSTAKA
[1] WHO. (2015). Exposure to Air Pollution: A Major Public Health Concern. Int.
http://www.who.int/ipcs/features/air_pollution.pdf
[2] Ritchie H, R (2019). Mental Health. Our World in Data.
http://ourworldindata.org/mental-health
[3] https://megapolitan.kompas.com/read/2020/09/23/11301841/anies-sebut-55-juta-
kasus-penyakit-di-jakarta-disebabkan-pencemaran-udara diakses 14-1-2021 , 9.12
PM
[4] Jainal Abidin, Ferrawati Artauli Hasibuan; Pengaruh Dampak Pencemaran Udara
Terhadap Kesehatan Untuk Menambah Pemahaman Masyarakat Awam Tentang
Bahaya Dari Polusi Udara. 7 September 2019)
[5] Soedeomo, Moestikahadi. Pencemaran Udara. Bandung: ITB Bandung.2001.
[6] Ratna Ika Putri, Supriatna Adhisuwignjo, M.Rifa’I (2018). Design Of Simple Power
Converter For Small Scale Wind Turbine System For Battery Charger
[7] Greg dan Sing. 1967 dalam Basuki,2007.
[8] diakses tanggal 9-12-2020 , jam 3.16 PM
http://repository.umy.ac.id/bitstream/handle/123456789/20048/BAB%202.pdf?se
quence=6&isAllowed=y
[9] diakses tanggal 10-12-2020, 13.00 PM
https://staff.ui.ac.id/system/files/users/chairul.hudaya/material/presentasittlkelomp
ok1.pdf
[10] Muhammad Faiz Abdurahman Hanur (2016). Rancang Bangun Alat Pemutus KWH
Meter Sebagai Proteksi Berbasis Arduino. Program Studi Strata 1 Teknik Elektro,
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember.
[11] http://www.cets-
uii.org/BML/Udara/ISPU/ISPU%20(Indeks%20Standar%20Pencemar%20Udara).
htm diakses 5-12-2020, 1.30 PM
[12] Komarudin, A. 2014. Desain dan Analisis Proposional Kontrol Buck-Boost
Converter Pada Sistem Photovoltaik. Jurnal ELTEK 12(20:78-89.
[13] Data Pribadi
[14] Ambrosio 2010
[15] Rangga Pangestu, Sandri Ayu Andriani H (2017). Perancangan Turbin Angin
Savonius Bertingkat Dengan Variasi Blade “Savonius Helical L Rotor”.
133
[16] Wan Novri Saputra, Dikpride Despa, Noer Soedjawanto, Ahmad Saudi
Samosir,(2016). Prototipe Generator DC Dengan Penggerak Tenaga Angin.
[17] Prio Handoko (2017). Sistem Kendali Perangkat Elektronika Monolitik Berbasis
Arduino Uno R3.
[18] Jurnal Kajian Teknik Elektro.vol.3 No.2. Hal.67-172. September-Febuari 2019.
Universitas 17 agustus 1945.
[19] Daryanto, Y.(2007).Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu.
Balai Pptagg-Lagg.
[20] Austin E, Novosselov I, Seto E, Yost MG.(2015). Laboratory Evaluation Of The
Shinyei PPD42NS Low-Cost Particulate Matter Sensor.
[21] Kadir, Abdul.(2016). Simulasi Arduino
[22] DFRobot (2012). DHT11 Temperature and Humidity Sensor
).https://www.dfrobot.com/product-174.html / 4 April 2020
[23] PRANA DUTA INTI (2015). SISTEM ANTARMUKA PADA MIKROSKOP
REFLEKSI DIGITAL BERBASIS ARDUINO UNO
[24] Sadewo, R. A., E. Kurniawan, dan K. B. Adam. (2017). Perancangan dan
Implementasi Pengisian Baterai Lead Acid Menggunakan Solar Cell dengan
Menggunakan Metode Three Steps Charging. E-Proceeding of Engineering 4(1):
26-35.
[25] Hasan Asy’ari. 2019. Pengisian Baterai Menggunakan Buck-Boost Converter Pada
Sistem Energi Surya.
[26] Dominico Argo Wikan A.S(2017). Sistem Pemantauan Tingkat Karbon Monoksida
Pada Suatu Ruangan Tertutup Menggunakan ESP8266.
[27] Mosey, R.I.H 2016. Simulasi dan Pembuatan Rangkaian Sistem Kontrol Pengisian
Baterai untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Jurnal Ilmiah Sains 16(1):31-34.
[28] https://artofcircuits.com/wp-content/uploads/2017/03/xl6009-buck-boost-
regulator.jpg diakses 12-7-2020, 4.06 PM.
[29] https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/1132228/XLSEMI/XL6009.html
diakses 6-12-2020, 6.18 PM
[30] diakses 12-11-2020, https://inkuiri.com/site/bukalapak.com/elektronik/komponen-
elektronik/budi-elektronik-kipas-fan-high-speed-12v-
9x9.90c4c5cc50bf5955ffc124807d6e5c96a42349a3.id, 6.39 PM
[31] http://saptaji.com/2016/06/27/bekerja-dengan-i2c-lcd-dan-arduino/ diakses 14-
11-2020, 8.40 AM
134
[32] http://at-moproduction.blogspot.com/2018/01/membuat-penetas-telur-
menggunakan.html diakses 27-11-2020, 2.44 PM
[33] Di lihat https://wiki.seedstudio.com/Grove-TemperatureAndHumidity_Sensor/ ..
02-07-2020, 6:59 PM.
[34] https://otomasi.sv.ugm.ac.id/2018/12/20/penerapan-sensor-mq-2-sebagai-
pembersih-udara-dalam-ruangan/ di akses 9-12-2020, 5.04 PM
[35] Muhammad Syahwill (2013) Panduan Mudah Simulasi dan Praktik
Mikrokontroller Arduino. Yogyakarta:Andi Offset
[36] Abdul Kadir(2013). Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan
Pemrogramanya Menggunakan Arduino .Yogyakarta:Andi Offset.
[37] Ardian Widyatama (2013). Alat Pengekstrak Kunyit Otomatis Berbasis Arduino
Uno.
[38] https://www.mouser.com/datasheet/2/321/605-00008-MQ-2-Datasheet-
370464.pdf diakses, 4-12-2020, 8.29 PM
[39] https://datasheetspdf.com/pdf/694312/Hanwei/MQ7/1 diakses 5-12-2020, 12.30
PM
[40] Elena Austin etc 2015. Laboratory Evaluation of The Shinyei PPD42NS Low-Cost
Particulate Matter Sensor
[41] http: //www.seeedstudio.com/wiki/Grove – Dust Sensor diakses 27-10-2020, 9.00
AM
[42] Azizah, 2019; Indiana Department of Environmental Management, 2014)
[43] S.Muthukumar, W.Sherine Mary, Jayanthi.S, Kiruthiga.R, Mahalakshmi.M.(2018).
Iot Based Air Pollution Monitoring And Control System.
[44] Arindam Ghosh, Prithviraj Pramik, Kartick Das Banerjee, Ashutosh Roy, Subrata
Nandi, Sujoy Saha.(2018). Analyzing Corellation Between Air And Noise Pollution
With Influence On Air Quality Prediction
[45] Nur Afifa Zubair et.al., 2019; Aerogel-Based Material for Adsorbent Applications
in Material Domain.
[46] Thirafi, H.(2019). Data BMKG Menjelaskan Penurunan Kualitas Udara di Jakarta
Biasa Terjadi Saat Musim Kemarau. http://www.bmkg.go.id/press
135
release/?p=data-bmkg-menjelaskan-penurunan-kualitas-udara-di-jakarta-biasa-
terjadi-saat-musim-kemarau&tag=press-release&lang=ID
[47] US-EPA. (2014). Air Quality Index: A Guide to Air Quality and Your Health.
http://www.epa.gov/airnow/aqi_brochure-02_14.pdf
[48] http://www.howmuchsnow.com/arduino/airquality/grovedust/ diakses 15-11-2020,
2.14 PM
[49] Bishop, O.,2004, Dasar-Dasar Elektronika, Erlangga, Jakarta.
[50] Aegeter et al
[51] J.L.Gurav, A.V. Rao, D. Y.Nadargi, H.H Park, Ambient Pressure Dried TEOS-
based Silica Aerogels: Good Absorbents of Organi Liquids. Journal Materials
Science, vol.45, no.2, hal.503-510,2010.
[52] Shallowsky.2016 Arduino: Piezzo Speakers (Buzzers).
http://shallowsky.com/arduino/class/buzzer.jpg diakses 28-11-2020, 4.23 PM
[53] http://duinoelektronik.blogspot.com/2018/11/upload-data-enggunakan-esp8266-
01.html diakses 4-12-2020, 9.56 PM.
[54] Yuan-Kang Wu, Cheng-Zang Tsai, Yi-Hua Li .(2018).Design Of Wind Power
Generators : Summary And Comparison
[55] L.Zuo, et al., Polymer/carbon-based hybrid aerogels:preparation, properties, and
application, mamterials 8 (2015) 6806-6848
[56] Diakses pada tanggal 3-12-2020, jam 2.40PM
https://components101.com/sites/default/files/component_datasheet/ESP8266%20
Datasheet.pdf
[57] https://teknikelektronika.com/pengertian-led-light-emitting-diode-cara-kerja/
diakses 2-12-2020, 3.56 PM
[58] Achmad Faiz Sanusi (2018). Dengan judul Skripsi PROTOTIPE SISTEM
PEMANTAU KETINGGIAN LEVEL AIR SUNGAI JARAK JAUH BERBASIS IOT
(INTERNET OF THINGS) DENGAN NODEMCU
[59] Divya, A., Kiruthika, R., & gayathri, D.(2019). Detecting And Analysing The
Quality Of Air Using Low Cost Sensor To Reduce Air Pollution In Urban Areas