PEMANTAUAN BENSIN, PREMIX, MINYAK TANAH DAN SOLAR DALAM AIR DENGAN GUGUSAN SENSOR GAS Soetarno 1407 201 202
Dosen Pembimbing Prof. Dr. R. Y. PERRY BURHAN, M.Sc. SUPRAPTO, M.Si, Ph.D
Alur Pembahasan
1. Pendahuluan 2. Metodologi penelitian 3. Hasil dan pembahasan 4. Kesimpulan dan saran
2
Pendahuluan Industri Industri berkembang berkembang kebutuhan kebutuhan energi energi meningkat meningkat
Perlu Perluwaktu waktu lama lama Tak Takdapat dapat diaplikasikan diaplikasikan pada padazat zat beracun beracundan dan berbahaya berbahaya yang yangbutuh butuh segera segera diatasi diatasi
mendorong
s ali n a
is
Permintaan Permintaan produk produk minyak minyak bumi, bumi, meningkat meningkat
Limbah Limbah dan dan tumpahan tumpahan minyak minyak
3
meningkat
Proses Proses pengolahan pengolahan Penyimpan Penyimpan an an Pendistribu Pendistribu sian sian
an k l i as h ng e m
me nim bu lka n
Masalah Masalah lingkungan lingkungandan dan gangguan gangguan ekosistem ekosistem
Pendahuluan
4
Pendeteksian gas masih melibatkan banyak sensor, persamaan matriks yang kompleks dan menghubungkan beberapa metode dalam satu sistem (Micon dan Guy, 2007). BISSI BISSI(2005) (2005)sensor sensoruntuk untuk monitoring monitoringlingkungan lingkungan
Zhang Zhang(2008) (2008)66 sensor sensorTGS TGSuntuk untuk menentukan menentukan kesegaran kesegarandaging daging sapi sapi Fucks Fucks(2008) (2008) 66sensor sensorTGS TGS untuk untuk evaluasi evaluasibau bau Gugusan Gugusansensor; sensor; 33TGS, TGS,11Af Afdan dan metode metodestatistik statistik PCA PCA
Metode Metodedan dan teknologi teknologi baru baru
Barbri Barbri (2008) (2008)66 sensor sensorTGS, TGS,PCA PCA untuk untukmenentukan menentukan kesegaran kesegaransardines sardines
Tzing Tzing(2003) (2003)enose enose untuk untukidentifikasi identifikasi tumpahan tumpahanminyak. minyak. 32 sensor, metode 32 sensor, metode statistik, statistik,GC/MS GC/MS Delpha Delpha(2004), (2004),66 sensor sensorTGS, TGS,PCA PCA untuk kontrol untuk kontrol kelembaban kelembaban atmosfera atmosfera
Pendahuluan PERMASALAHAN Permasalahan yang diselesaikan pada penelitian ini adalah bagaimana sensitivitas dan selektivitas gugusan sensor gas ini dalam mendeteksi produk minyak bumi (bensin, premix, minyak tanah, solar dan campuran dari masing-masing sampel tersebut)
TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sensitivitas dan selektivitas gugusan sensor gas untuk mendeteksi bensin, premix, minyak tanah, solar dan campuran dari masing-masing sampel tersebut dalam air
MANFAAT PENELITIAN Memberikan metode analisis alternatif kepada masyarakat dan pengelola instalasi pengolah limbah yang terkait mengenai metode pendeteksian bensin, premix, minyak tanah, solar dan campuran dari masing-masing sampel tersebut secara insitu dengan menggunakan gugusan sensor gas.
5
Metode penelitian
6
Uji Pendahuluan 4 buah Sensor Gas (TGS-2201 dengan 2 elemen, sedangkan TGS2620, Af-30 dan TGS-2602 masing-masing dengan 1 elemen. (ada 5 elemen yang dinyatakan sebagai sensor1, sensor2, sensor3, sensor4 dan sensor5 ) Disusun dalam satu sistem
Gugusan Sensor Gas Diuji kelayakan dengan senyawa uji (uji pendahuluan)
Profil Tegangan Sebagai Fungsi Waktu
Metode penelitian
7
Uji pendahuluan Komputer
Sistem pengkondisi
Sampel uji
sensor gas
Generator gas/wadah sampel uji
Kabin dan sensor gas Injeksi sampel uji
Metode penelitian
8
Uji sampel dalam air Air yang dicampur dengan senyawa uji* Di uji dengan gugusan sensor gas( 3 x pengulangan) Perubahan tegangan sebagai fungsi waktu Diolah dengan data statistik Data grafik dengan pola tertentu *) Bensin, Premix, Minyak tanah, Solar
Metode penelitian Pemantauan/Uji sampel dalam air
Gugusan sensor gas
Air dan sampel
motor
Pengaduk sampel
Air
Pompa air
9
Metode penelitian Monitoring data
10
11
Hasil dan pembahsan
Uji pendahuluan Tegangan (Volt)
Gas OFF
12
Bensin
6 sensor1
4
sensor2
2
sensor3
0 -2 0
50 Gas ON
100
150
200
250
300
sensor4 sensor5
Waktu (detik)
Gambar 4.1 Plot tegangan terhadap waktu untuk bensin. Waktu respon dan waktu pemulihan = 2 detik dan 5 detik lebih baik dari pengamatan Cao (2005) 5 menit dan 20 menit.Moreno dkk (2005), respon 9,4 menit dan 5 detik. Morisawa (2001), waktu respon 5 menit. Elosua waktu respon diatas 40 menit. Consales (2006) waktu respon 11 menit dan waktu pemulihan 6 menit. Gugusan sensor dapat merespon atau mendeteksi dengan baik kehadiran uap bensin. Urutan sensitivitas: Sensor4 memberikan tegangan yang paling tinggi yaitu 4,5985 Volt diikuti sensor1 sebesar 1,4328, sensor3 sebesar 0,6764, sensor2 sebesar 0,2038 dan sensor5 sebesar -0,0501 Volt.
Gas OFF
13
Premix
Tegangan (Volt)
6 sensor1 4
sensor2
2
sensor3 sensor4
0 -2
0
100
200
300
400
sensor5
Gas ON Waktu (detik) Gambar 4.2 Plot tegangan terhadap waktu untuk Premix.
waktu respon dan waktu pemulihan masing-masing sekitar 2 detik. Gugusan sensor gas yang dirancang dapat merespon atau mendeteksi dengan baik kehadiran uap Solar. Masing-masing sensor memiliki sensitivitas yang berbeda. Sensitivitas dari yang tinggi ke rendah terhadap solar adalah sensor4, sensor1, sensor3, sensor2 dan sensor 5. Tetapi nilai tegangan masing-masing sensor paling rendah jika dibandingkan dengan bensin, Premix maupun minyak tanah
Gas OFF
Tegangan (Volt)
14
Minyak tanah
4 sensor1 2
sensor2
0
sensor3
-2
0
50
100
150
200
250
300
350
sensor4 sensor5
Gas ON
Waktu (detik) Gambar 4.3 Plot tegangan terhadap waktu untuk minyak tanah.
waktu respon sekitar 2 detik dan waktu pemulihan sekitar 10 detik. Gugusan sensor gas yang dirancang dapat merespon atau mendeteksi dengan baik kehadiran uap minyak tanah. Masing-masing sensor memiliki sensitivitas yang berbeda. Sensitivitas dari yang tinggi ke rendah terhadap solar adalah sensor4, sensor1, sensor3, sensor2 dan sensor 5. Tetapi nilai tegangan masingmasing sensor paling rendah jika dibandingkan dengan bensin, Premix maupun minyak tanah
Tegangan (Volt)
3 2 1 0 -1 0 -2
15
Solar
Gas OFF
sensor1 sensor2 sensor3 100
200
300
400
Gas ON
sensor4 sensor5
Waktu (detik) Gambar 4.4 Plot tegangan terhadap waktu untuk sampel solar.
Waktu respon sekitar 2 detik dan waktu pemulihan sekitar 25 detik. Gugusan sensor gas yang dirancang dapat merespon atau mendeteksi dengan baik kehadiran uap Solar. Masing-masing sensor memiliki sensitivitas yang berbeda. Sensitivitas dari yang tinggi ke rendah terhadap solar adalah sensor4, sensor1, sensor3, sensor2 dan sensor 5. Tetapi nilai tegangan masing-masing sensor paling rendah jika dibandingkan dengan bensin, Premix maupun minyak tanah
16
PLOT TEGANGAN (Volt) TERHADAP WAKTU (detik) UNTUK BENSIN, PREMIX, MINYAK TANAH DAN SOLAR Bensin
6 sensor1
4
sensor2
2
sensor3
0 -2 0
50
100
Gas ON
150
200
250
300
sensor4 sensor5
Gambar 4.1 Plot tegangan terhadap waktu untuk bensin.
sensor3
-2
0
50
100
sensor3
2
sensor4
0 200
150
200
300
400
sensor5
Waktu (detik)
Gambar 4.2 Plot tegangan terhadap waktu untuk Premix.
250
300
350
sensor4 sensor5
Waktu (detik)
Gambar 4.3 Plot tegangan terhadap waktu untuk minyak tanah.
Tegangan (Volt)
Tegangan (Volt)
sensor2
Gas ON
0
Gas OFF sensor1
100
sensor2
Premix
4
0
sensor1 2
Gas ON
6
-2
4
Waktu (detik)
Gas OFF
Minyak tanah
Gas OFF Teg an g an (Vo lt)
Tegangan (Volt)
Gas OFF
3 2 1 0 -1 0 -2
Solar
sensor1 sensor2 sensor3 100
200
300
400
sensor4 sensor5
Gas ON
Waktu (detik)
Gambar 4.4 Plot tegangan terhadap waktu untuk sampel solar.
17
RESPON SENSOR TERHADAP SAMPEL UJI Bensin
Minyak tanah 4,0000
4,0000 2,0000
Bensin
0,0000
-2,0000
sensor1 sensor2 sensor3 sensor4 sensor5
T e g a n g a n ( V o lt )
T e g a n g a n ( V o lt )
6,0000
3,0000 2,0000
Minyak tanah
1,0000 0,0000
-1,0000 sensor1 sensor2 sensor3 sensor4 sensor5
5 4 3 2 1 0 -1
Solar 3
Premix
sensor1
sensor2
sensor3
sensor4
sensor5
T e g a n g a n ( V o lt )
T e g a n g a n ( V o lt )
Premix
2 1
Solar
0
-1
sensor1
sensor2
sensor3
sensor4
sensor5
18
T e g a n g a n ( V o lt)
Tegangan sensor terhadap sampel uji 6,0000 4,0000
Bensin
2,0000
Premix
0,0000
Minyak tanah
-2,0000
sensor1
sensor2
sensor3
sensor4
sensor5
Solar
Jenis sensor
Bensin dan Premix menunjukkan resistansi yang hampir sama dan lebih tinggi dibanding Minyak tanah dan solar. Resistansi solar paling rendah. Hal ini dikarenakan sesuai dengan tingkat volatilitas dari bensin yang hampir sama dengan Premik, berikutnya secara berurutan dari tinggi ke rendah minyak tanah dan solar.
Plot tegangan sensor terhadap campuran sampel uji
Tegangan (Volt)
Tegangan sensor terhadap sampel uji 6 4 2 0 -2
sensor1 sensor2 Premix- Premix- Premix- Bensin- Bensin- Minyak tanahminyak solar bensin minyak solar solar tanah tanah Jenis sampel
sensor3 sensor4 sensor5
Campuran sampel uji yang mengandung bensin atau Premix menunjukkan resistensi sensor yang tinggi. Campuran minyak tanah dan solar menunjukkan resistensi sensor yang rendah. Hal ini menunjukkan sensor mempunyai selektifitas yang baik
19
20
Sensitivitas Sensor
Tegangan (Volt)
5,0000 4,0000
sensor1
3,0000
sensor2
2,0000
sensor3
1,0000
sensor4
0,0000
sensor5
-1,0000 0
1
2
3
4
5
(1 Bensin, 2 Premix, 3 Minyak tanah, 4 Solar)
Gugusan sensor mempunyai sensitivitas yang baik namun lebh sensitif terhadap Bensin dan Premix dibanding Minyak tanah dan Solar
Plot score sampel uji
21
Gugusan sensor gas mempunyai selektifitas karena dapat membedakan sampel uji sesuai dengan tingkat volatilitasnya. Hal ini mendukung pengamatan Tzing (2003) bahwa kemampuan membedakan electronic nose dalam hal ini gugusan sensor gas karena sampel uji memiliki variasi tingkat volatilitas
Plot radar sampel uji sensor5
Be ns in
Pre m ix
sensor1 6 4 2 0 -2
sensor1 6 4 2 0 -2
sensor4
sensor2
sensor3
sensor5
sensor4
(a)
sensor2
sensor3
(b)
M inyak tanah
Solar
sensor1 5 3 1 sensor5 sensor2 -1
sensor1 5 3 sensor5 1 sensor2 -1
sensor4
sensor3
sensor4
sensor3
(c) (d) Gambar 4.15 Plot radar tegangan sensor terhadap sampel uji (a) bensin, (b) premix, (c) minyak tanah, (d) solar.
Area plot radar bensin dan Premix hampir sama dan lebih besar dibanding area plot radar minyak tanah dan solar yang mempunyai area yang paling kecil. Campuran yang mengandung bensin dan Premix area plot radar cenderung besar.
Plot radar campuran sampel uji Prem ix-Bensin
Prem ix-Minyak tanah
sensor1 6 4 2 0 -2
sensor1 6 4 2 sensor5 sensor2 0 -2
sensor5
sensor4
sensor2
sensor3
(a)
sensor4
sensor3
(b)
Prem ix-Solar
Bensin-Minyak tanah
sensor1 6 4 2 sensor5 sensor2 0 -2
sensor1 6 4 2 sensor5 sensor2 0 -2
sensor4
sensor3
(c)
sensor4
sensor3
(d)
Bensin-Solar
m inyak tanah-Solar
sensor1 6 4 2 sensor5 sensor2 0 -2
sensor1 5 3 1 sensor5 sensor2 -1
sensor4
sensor3
sensor4
sensor3
(e) (f) Gambar 4.16 Plot radar tegangan sensor terhadap sampel (a) Premix-bensin, (b) Premix-minyak tanah, (c) Premixsolar. (d) Bensin-minyak tanah, (e) Bensin-solar, (f) Minyak tanah-solar.
Pemantauan/uji Bensin, Premix, Minyak tanah dan Solar dalam air
Pemantauan/Uji Bensin dalam air Bensin
Gas OFF Tegangan (Volt)
2,0000 1,5000
sensor1
40 ppm
sensor2
30 ppm 20 ppm
1,0000
sensor3
10 ppm
sensor4
0,5000
sensor5
0,0000 0
50
Gas ON
100
150
Waktu (detik)
Gambar 4.18 Tegangan terhadap waktu untuk bensin dalam air Setiap kenaikan konsentrasi bensin dalam air, terjadi kenaikan tegangan
(ppm)
Sensor1
Sensor2
Sensor3
Sensor4
Sensor5
10
0,0000±0,0000
0,0057±0,0025
0,0136±0,0109
0,4721±0,4345
0,0008±0,0000
20
0,0000±0,0000
0,0086±0,0016
0,0307±0,0073
1,0269±0,1976
0,0008±0,0000
30
0,0000±0,0000
0,0103±0,0010
0,0379±0,0029
1,2655±0,1027
0,0008±0,0000
40
0,0000±0,0000
0,0117±0,0007
0,0442±0,0016
1,3806±0,0639
0,0008±0,0000
Tabel 4.1. Nilai rata-rata tegangan (Volt) dan simpangan baku pemantauan bensin dalam air.
Tegangan (Volt)
Bensin 1,5000 1,0000 0,5000 0,0000
10 ppm 20 ppm 30 ppm sensor1
sensor2
sensor3
sensor4
sensor5
Jenis sensor Gambar 4.19 Hubungan antara konsentrasi bensin dalam air dengan tegangan sensor.
40 ppm
Pemantauan/Uji Premix dalam air Premix
Gas OFF
Tegangan (Volt)
2,5000 2,0000 1,5000 1,0000
sensor1
40 ppm 30 ppm 20 ppm
sensor2
10 ppm
sensor3 sensor4
0,5000
sensor5
0,0000 -0,5000 0
50
Gas ON
100
150
Waktu (detik)
Gambar 4.20 Tegangan terhadap waktu untuk Premix dalam air Setiap kenaikan konsentrasi Premix dalam air, diikuti dengan terjadinya kenaikan tegangan sensor waktu respon sekitar 50 detik dan waktu pemulihan sekitar 20 detik.
Tabel 4.2. Nilai rata-rata tegangan sensor (volt) dan simpangan baku Premix dalam air. (ppm)
Sensor1
Sensor2
Sensor3
Sensor4
Sensor5
10
0,0000±0,0000
0,0057±0,0025
0,0136±0,0109
0,4721±0,4345
0,0008±0,0000
20
0,0000±0,0000
0,0086±0,0016
0,0307±0,0073
1,0269±0,1976
0,0008±0,0000
30
0,0000±0,0000
0,0103±0,0010
0,0379±0,0029
1,2655±0,1027
0,0008±0,0000
40
0,0000±0,0000
0,0117±0,0007
0,0442±0,0016
1,3806±0,0639
0,0008±0,0000
Premix
Tegangan (Volt)
2,0000 10 ppm
1,5000
20 ppm
1,0000
30 ppm 0,5000
40 ppm
0,0000 Sensor1
Sensor2
Sensor3
Sensor4
Sensor5
Jenis sensor
Gambar 4.21 Hubungan antara konsentrasi Premix dalam air dengan tegangan sensor.
Pemantauan/Uji Minyak tanah dalam air Minyak tanah
Gas OFF
Tegangan (Volt)
2 sensor1
40 ppm
1,5
30 ppm
sensor2
20 ppm
1
sensor3
10 ppm
sensor4
0,5
sensor5
0 0
50
Gas ON
100
150
Waktu (detik)
Gambar 4.22 Tegangan terhadap waktu untuk minyak tanah dalam air
Setiap kenaikan konsentrasi Premix dalam air, diikuti dengan terjadinya kenaikan tegangan sensor Waktu respon sekitar 30 detik dan waktu pemulihan sekitar 30 detik
Tabel 4.3. Nilai rata-rata tegangan dalam volt dan simpangan baku minyak tanah dalam air. (ppm)
Sensor1
Sensor2
Sensor3
Sensor4
Sensor5
10
0,0000±0,0000
0,0073±0,0005
0,0138±0,0017
0,7841±0,1358
0,0007±0,0001
20
0,0000±0,0000
0,0127±0,0020
0,0336±0,0054
1,3251±0,1769
0,0007±0,0001
30
0,0000±0,0000
0,0148±0,0027
0,0402±0,0067
1,5707±0,1689
0,0006±0,0000
40
0,0000±0,0000
0,0169±0,0023
0,0455±0,0078
1,7391±0,1582
0,0006±0,0000
Tegangan (Volt)
Minyak tanah 2
10 ppm
1
20 ppm
0 sensor1
sensor2
sensor3 Jenis sensor
sensor4
sensor5
30 ppm 40 ppm
Gambar 4.23 Hubungan antara konsentrasi minyak tanah dalam air dengan rata-rata puncak perubahan tegangan sensor.
Pemantauan/Uji Solar dalam air
Tegangan (Volt)
Solar 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 0
Gas OFF
40 ppm
sensor1
30 ppm
sensor2
20 ppm
sensor3
10 ppm
sensor4 sensor5 50
Gas ON
100
150
Waktu (detik)
Gambar 4.24 Tegangan terhadap waktu untuk solar dalam air
Setiap kenaikan konsentrasi Premix dalam air, diikuti dengan terjadinya kenaikan tegangan sensor Waktu respon sekitar 30 detik dan waktu pemulihan sekitar 15 detik
Tabel 4.4. Nilai rata-rata tegangan sensor dalam volt dan simpangan baku solar dalam air. (ppm)
Sensor1
Sensor2
Sensor3
Sensor4
Sensor5
10
0,0000±0,0000
0,0068±0,0011
0,0095±0,0029
0,5311±0,1571
0,0008±0,0000
20
0,0000±0,0000
0,0088±0,0015
0,0143±0,0048
0,7753±0,1931
0,0008±0,0000
30
0,0000±0,0000
0,0105±0,0011
0,0175±0,0037
0,9508±0,1305
0,0008±0,0000
40
0,0015±0,0027
0,0112±0,0013
0,0188±0,0038
1,0059±0,1514
0,0008±0,0000
Tegangan(Volt)
Solar 1,5 1
10 ppm
0,5
20 ppm
0
30 ppm s ens or1
s ens or2
s ens or3
s ens or4
s ens or5
40 ppm
Jenis s ens or
Gambar 4.25 Hubungan antara konsentrasi solar dalam air dengan tegangan sensor.
S c or e P lot of P e tr ole um D e r iv a tiv e s 1 0 ppm 1,0
B en sin M in y ak tan ah S o lar
PCA2 (9,6)
0,5
M in y ak tan ah S o lar
P r em ix B en sin
0,0
M in y ak tan ah P r em ix S o lar P r em ix M in y ak tan ah B en sin S o lar
B en sin
-0,5
P r em ix
-1,0 -3
-2
-1
0 PCA 1 (88,2%)
1
2
3
Sampel produk minyak bumi dalam air yang merupakan senyawa hidrokarbon dapat dikelompokkan dan dipisahkan dengan baik, yang menunjukkan kemampuan membedakan dari gugusan senor gas. Kesimpulannya gugusan sensor gas memiliki sensitivitas dan selektivitas serta dapat mendeteksi sampel uji
Kesimpulan dan saran
Kesimpulan Gugusan sensor gas yang dirancang dengan menggabungkan sensor tipe TGS dan Af yaitu Sensor1 (TGS2201a), Sensor2 (TGS2201b), Sensor3 (TGS2620), Sensor4 (Af30) dan Sensor5 (TGS2602), dapat digunakan untuk mendeteksi bensin, premix, minyak tanah, solar dan campuran dari masing-masing sampel produk minyak bumi maupun campurannya dalam air. Hal ini menunjukkan bahwa gugusan sensor sensitif dan selektif terhadap sampel uji Kemampuan gugusan sensor gas mendeteksi adanya sampel uji tersebut didasarkan adsorbsi sampel uji pada permukaan bahan aktif sensor yang menyebabkan terjadinya perubahan tegangan sensor gas. Tegangan sensor yang tinggi terhadap bensin dan Premix namun rendah untuk minyak tanah dan solar, menjelaskan bahwa gugus sensor lebih sensitif terhadap bensin dan Premix, dan campuran yang mengandung bensin dan Premix dibanding minyak tanah dan solar. Selain itu tegangan sensor cenderung naik sesuai dengan kenaikan konsentrasi sampel uji, hal ini menunjukkan gugusan sensor juga sensitif terhadap perubahan konsentrasi
Data analisis komponen utama memperlihatkan bahwa gugusan sensor dapat mengelompokkan sampel uji atas dasar tingkat volatilitasnya. Bensin dan Premix cenderung satu kelompok dengan volatilitas tinggi, kelompok yang lain adalah minyak tanah dan solar dengan volatilitas rendah. Hal ini menunjukan bahwa gugusan sensor gas memiliki selektivitas yang baik karena mampu membedakan bensin dan Premix dengan minyak tanah dan solar.
Saran Berdasarkan hasil uji bensin, Premix, minyak tanah, solar dan campuran dari masing-masing sampel produk minyak bumi pada penelitian ini, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendeteksi tumpahan atau limbah produk minyak pada lingkungan air. Penelitian ini perlu dilakukan untuk mengetahui akurasi dan realiabilitas sistem sensor pada monitoring tumpahan atau limbah minyak dalam lingkungan air
Sekian
Terima kasih,
