PENGEMBANGAN MEKANIK ALAT SAMPLING HUJAN ASAM SEKUENSIAL
PUJO SATRIO
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
ABSTRACT PUJO SATRIO. Development Of Mechanical Sampling Equipment For Sequential Acid Rain. Supervised by Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl. Sequential sampling of acid rain will work in case of rain, the rain signal the presence of the rain collector lid will open and the tool will accommodate the rain water that entered the appliance. Sampling will accommodate samples of sequential rain every 0.4 mm cup, water samples will be collected in a 20 ml bottle is mounted in a cassette bottle. A cassette consisting of 20 bottles bottle with a volume of 20 ml sample. Cassette bottles will move after 5 seconds to receive signals from the tipping bucket. Tapes are stored in PVC bottles are formed as a cassette chamber bottle. Key words: tool, sampling, acid rain.
RINGKSAN
PUJO SATRIO. Pengembangan Mekanik Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial. Dibimbing oleh Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl. Alat Sampling hujan asam sekuensial merupakan alat yang dipergunakan untuk melakukan sampel air hujan secara otomatis. Alat sampling mampu melakukan sampling deposisi basah secara otomatis dengan kejadian sampling setiap 0,4 mm jeluk hujan . Sampel yang tertampung terlindung dari kontaminasi selama tidak terjadi hujan karena adanya pipa PVC sebagai ruang kaset botol sebagai pelindung. Alat ini memiliki penutup alat sampling secara otomatis dengan precipitation sensor yang akan mengurangi proses evaporasi pada sampel.Pada bagian tutup pun dipasang tambah compressible pad atau gasket agar sampel lebih terlindung. precipitation sensor pada alat sudah mampu mengontrol membuka dan menutupnya alat ketika terjadi hujan. jika terjadi hujan penutup alat dapat terbuka dalam waktu 5 detik dan akan menutup ketika tidak terjadi hujan selama ±2 menit. air sampel akan tertampung dalam botol berukuran 20 ml yang terpasang dalam kaset botol. Satu kaset botol terdiri dari 20 botol sampel dengan volume 20 ml. Kaset botol akan bergerak setelah 5 detik menerima sinyal dari tipping bucket berjungkit. Kaset botol akan tersimpan dalam PVC yang dibentuk sebagai ruang kaset botol. Kata kunci : Alat sampling, Hujan asam, sekuen
PENGEMBANGAN MEKANIK ALAT SAMPLING HUJAN ASAM SEKUENSIAL
PUJO SATRIO
Skripsi Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains Pada Mayor Meteorologi Terapan Departemen Geofisika dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
v
Sebuah Persembahan untuk yang tercinta Ayah, Ibu dan adikku, Semua sahabatku, serta kawan karib seperjuangan.
Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai dengan sesuatu urusan, tetaplah bekerja keras untuk urusan yang lain. (Al-Insirah:5-7)
Maka nikmat Tuhanmu yang manakah yang kamu dustakan? (AR-rahman :13)
vi
Judul penelitian Nama NIM
: Pengembangan Mekanik Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial : Pujo Satrio : G24070057
Disetujui, Pembimbing
Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl NIP. 19640308 199403 1 002
Diketahui, Ketua Departemen Geofisika dan Meteorologi
Dr. Ir. Rini Hidayati, MS. NIP. 19600305 198703 2 002
Tanggal Lulus:
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena atas segala rahmat dan karuniaNYA, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Pengembangan Mekanik Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial yang ditulis berdasarkan hasil penelitian pada buan Februari hingga hingga bulan Agustus 2011. Shalawat serta salam semoga selalu tercurahkan kepada junjungan dan suritauladan umat, Nabi Muhammad SAW yang telah mengatarkan seluruh umat menuju cahaya kebenaran dan ketaqwaan. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ir. Bregas Budianto, Ass.Dpl. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang dengan sabar memberikan masukan dan pengarajan kepada penulis sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini pun terlaksana atas dukungan dan bantuan banyak pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih sebesarbesarnya kepada : 1. Kedua orang tua yaitu bapak hariyanto dan ibu suparti yang selalu kucintai, adikku muchin agung suryanto, keluarga besar Magelang dan keluarga besar Mojokero serta om nunik yang telah membatu baik doa, harta, semangat dan kasih sayangnya yang tak terhingga. 2. Kawan karib sejawat workshop Instrumentasi meteorologi, yaitu bang Sriyo, Rusianto, Andria Blake, Fitroh Nur Amin, pendahuluku Indra gunawan yang membantu mengenal dasar-dasar alat sampling hujan asamnya, rekan-rekan angkatan 44 dan keluarga besar civitas GFM yang sudah membantu dalam penelitian ini. 3. Teman dalam susah dan senang : Dede Juliandar, Muhammad Gufron dan Teguh Bambang yang selalu mengingatkan satu dengan yang lainnya. Dan kepada semua pihak yang banyak membatu dalam menyelesaikan tugas akhir serta penulisannya, namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih belum sempurna. Penulis berharap akan banyak masukan yang bersifat membangun untuk skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan informasi baru dalam dunia intumentasi dan sains serta bermanfaat bagi penulis pada khususnya maupun bagi para pembaca pada umumnya.
Bogor,Agustus 2011
Pujo Satrio
viii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada taggal 13 februari 1989 di Jakarta. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara pasangan Bapak Hariyanto dan Ibu Neti Suparti. Penulis mengawali pendidikan dasar tahun 1995 di Sekolah Dasar Negeri Padurenan 2 Bekasi dan diselesaikan pada tahun 2001. Pendidikan menengah pertama dimulai tahun 2001 dan diselesaikan tahun 2004 di Sekolah Menengah Pertama Negeri 10 Bekasi. Penulis melanjutkan pendidikan di Sekolah Menengah Atas Muhammadiyah 9 Bekasipada tahun 2004 dan diselesaikan pada tahun 2007. Penulis diterima di Tingkat Persiapan Bersama Institut Pertanian Bogor pada tahun 2007 melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) IPB. Penulis diterima di Departemen Geofisikan dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB pada tahun 2008. Selama mejadi mahasiswa, penulis aktif diberbagai organisasi, yaitu anggota aktif dari Koperasi Mahasiswa IPB periode 2007-2008, staf ahli riset dan pengembangan departemen usaha Koperasi Mahasiswa IPB periode 2008-2009, Staf khusus bidang Keilmuan dalam pengurusan Himpunan Mahasiswa Meteorologi (HIMAGRETO) IPB periode 2009-2010. Penulis pernah mengikuti pelatihan dalam studi banding Koperasi mahasiswa IPB dengan Koperasi mahasiswa UGM dan ITS pada tahun 2008. Pada tahun 2011 ini penulis pun berkesempaan untuk magang pada konsultan KJJP Setiawan dan rekan di perkebunan kelapa sawit Palembang. Penulis menjadi penerima beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik dan BBM tahun 2008 serta tahun 2009. Selain itu pun berkesempatan menerima beasiswa Karya Salemba Empat untuk IPB tahun 2010 – 2011.
ix
DAFTAR ISI Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................ x I.
PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1 1.1. Latar Belakang ....................................................................................................... 1 1.2. Tujuan .................................................................................................................... 1
II.
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................................ 2.1. Pengertian Hujan Asam .......................................................................................... 2.2. Proses Fisis dan Kimia Bahan Pencemar di Atmosfer .............................................. 2.3. Faktor-faktor Meteorologi yang Mempengaruhi Polusi Udara ................................. 2.3.1. Angin, Turbulensi, Stabilitas Atmosfer, dan Inversi ...................................... 2.3.2. Hujan, Kabut, dan Radiasi ............................................................................ 2.4. Pengukuran Hujan Asam ........................................................................................ 2.4.1. Pengambilan Sampel ..................................................................................... 2.4.2. Periode Sampling .......................................................................................... 2.5. Macam-macam Alat Sampling Hujan Sekuensial ....................................................
1 1 2 2 2 2 2 2 3 3
III.
METODOLOGI .............................................................................................................. 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................................... 3.2. Alat dan Bahan ......................................................................................................... 3.3. Metode Penelitian..................................................................................................... 3.3.1 Memahami karakteristik IC (Integrated Cirkuit) dalam Prototype hujan asam sekuensial ....................................................................................................... 3.3.2 Pembuatan Sensor Presipiasi ........................................................................... 3.3.3 Pembuatan Komponen Elektronik Pendeteksi hujan ......................................... 3.3.4 Pembuatan Komponen Elektronik Penggerak Tutup Kolektor Hujan ................ 3.3.5 Tahap Pengujian Kehilangan Air Pada Konteiner Plastik .................................. 3.3.6 Pembuatan Mekanik Alat ................................................................................ 3.3.6.1 Mekanik Penggerak Tutup Kolekor Hujan ............................................... 3.3.6.2 Mekanik Penggerak Botol ....................................................................... 3.3.7 Prinsip Kerja Alat ............................................................................................
6 6 6 6
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN...................................................................................... 4.1. Sensor Hujan ........................................................................................................ 4.2. Komponen Elektronik Penggerak dan Tutup Kolektor Hujan ................................. 4.3. Pembuatan Mekanik Alat ...................................................................................... 4.4. Pengambilan Data Secara Langsung ......................................................................
10 10 10 11 13
V.
SIMPULAN DAN SARAN ......................................................................................... 15 5.1 Simpulan ......................................................................................................... 15 5.2 Saran ................................................................................................................. 15
6 6 6 6 7 8 8 8 8
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 15 LAMPIRAN ............................................................................................................................ 18
x
DAFTAR TABEL Halaman 1 Tipe – tipe Alat Sampling Deposisi Kering dan Basah ......................................................... 4 2 Tipe – tipe Alat Sampling Deposisih Basah ......................................................................... 5
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Desain Sensor Hujan .......................................................................................................... 6 Rangkaian Basic Operation of voltage Comparation. ............................................................ 6 Rangkaian Logic Pembalik Arah Arus Tutup Kolektor Hujan .............................................. 7 Rangkaian H-Bridge .......................................................................................................... 7 Uji Evaporasi di Dalam dan di Luar Ruangan ...................................................................... 7 Mekanik Tutup Kolektor Hujan .......................................................................................... 8 Diagram Alir Kerja Alat Hujan Asam Sekuensial ................................................................ 9 Sensor Hujan .................................................................................................................... 10 Skema Logic pada IC Comparator ..................................................................................... 10 Elektronik Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial ............................................................ 10 Mekanik Tutup Kolektor Hujan ........................................................................................ 11 Tipping Bucket ................................................................................................................. 11 Kaset Botol dengan Profil Bagian Bawah Kaset Botol ....................................................... 12 Ruang Kaset Botol ........................................................................................................... 13 Kecendrungan pH Air Hujan Pada Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial Tanggal 25 September 2011 ................................................................................................................ 14 16 Kecendrungan pH Air Hujan Pada Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial Tanggal 28 September 2011 ................................................................................................................ 14
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
Gambar Tampilan Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial ................................................ Gambar Rangkaian Elektronik Alat Sampling Hujan Sekuensial......................................... Gambar Penutup Kolektor Saat Terbuka ........................................................................... Gambar Posisi Motor DC dan Gear pada Tutup Kolektor .................................................. Gambar Posisi Sensor Hujan ............................................................................................. Gambar Tutup Kolektor Hujan Saat Tertutup .................................................................... Gambar Tipping Bucket dan Hall Sensor ........................................................................... Gambar Posisi Pulley Pada Ruang Kase Botol .................................................................. Gambar Kaset Botol dan Sensor Magnet ........................................................................... Gambar Botol Sample Berukuran 20 ml ............................................................................ Gambar pH Meter dan Larutan Kalibrasi ........................................................................... Gambar tipping bucket, ruang kaset dan elektronik .......................................................... Gambar kolektor hujan di atas atap rumah .........................................................................
18 18 18 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20
1
I.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Udara merupakan faktor yang penting dalam unsur kehidupan, dengan peningkatan pembangunan kota dan pusat industri mengakibatkan adanya penurunan kualitas udara. Secara umum perubahan kualitas udara dapat dipengaruhi oleh pencemaran udara. Pencemaran udara pada kota-kota besar di Indonesia sudah dirasakan terutama pada kawasan industri dan pemukiman yang padat penduduk, dengan berkembangnya suatu wilayah maka dapat menimbulkan beberapa sumber pencemar baru karena aktifitas manusia (antropogenik). Pencemaran udara yang terjadi disebabkan penggunaan bahan bakar fosil pada berbagai lini kehidupan, seperti penggunaan bahan bakar fosil pada transportasi dan industri yang menjadi permasalahan serius saat ini. Bahan pencemar yang dihasilkan dari bahan bakar fosil diantaranya NOx dan SOx. Zat tersebut terdapat di udara dan dapat turun ke permukaan dalam proses deposisi, yang menyebabkan terjadinya hujan asam (deposisi basah). Menurut (Seinfield dan Pandis 2006), tingkat keasaman (pH) air hujan alami adalah 5.6 dan tidak dipengaruhi oleh aktifitas manusia (antropogenik). Sedangkan curah hujan dengan pH < 5.0 menunjukan bahwa aktifitas yang dilakukan manusia sudah sangat mempengaruhi kualitas udara. Hujan asam dapat menyebabkan berbagai kerusakan lingkungan seperti penurunan populasi ikan, kerusakan material bangunan, pencucian logam yang bersifat racun dari tanah, serta dapat mengangu kesehatan manusia (Ellis 2007). Berdasarkan dari penelitan yang telah dilakukan di kota bogor oleh Nababan (1989) dan Hafsari (2000) menunjukan bahwa selama 11 tahun pH air hujan semakin menurun bahkan di beberapa lokasi pH air hujan yang mencapai pH 4 terutama pada daerah industri dan padat transportasi. Menurut Nababan (1989), Konsentrasi polutan yang terbawa oleh hujan sangat bergantung pada intensitas hujan. Jika terjadi hujan dengan intensitas deras dan gerimis pada suatu wilayah dengan kadar polutan yang sama, maka pada hujan intensitas deras akan memiliki peluang besar untuk langsung membawa polutan pada awal hujan sedangkan pada hujan dengan intensitas gerimis maka polutan yang terbawa relative konstan hingga akhir hujan.
Studi hujan asam yang dilakukan di Indonesia masih menggunakan automatic wet and dry deposition sampler type ARS 721 dan type ARS 1000 (BMKG 2009). Pengambilan sampel yang dilakuan alat tersebut masih menggunakan prinsip unit sampling mingguan. Pengambilan sampel mingguan diperbolehkan untuk tujuan evaluasi trend keasaman air hujan jangka panjang. Tetapi untuk informasi jangka pendek, cara ini tidak dapat menunjukan hal yang sebenarnya karena polutan sudah turun ke permukaan dengan hujan yang pertama turun (Durst et al.1994). sebab itu pengembangan proses sampling hujan secara sekuensial sangat perlu dilakukan agar perubahan pH air hujan pada awal hujan dapat terlihat dengan jelas. 1.2 Tujuan i. Mengembangkan alat sampling hujan asam sekuensial dengan electronic control menggunakan sistem H-Bridge . ii. Mengembangkan mekanik alat sampling hujan asam sekuensial.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Hujan Asam Hujan merupakan proses alamiah yang bermanfaat dalam proses pembersihan udara dari zat-zat pecemar seperti SOx dan NOx. Hal tersebut menimbulkan anggapan bahwa hujan akan mencuci polutan di udara sehingga udara menjadi bersih, namun disisi lain hujan yang membawa polutan akan mengalami meningkatan pH air hujan. Sehingga kejadian hujan mampu dijadikan salah satu indikator pencemaran udara. Hujan asam adalah bentuk hujan yang mengandung polutan SOx (SO2, SO3) dan NOx (NO2) dimana polutan ini larut dalam awan dan butir-butir air hujan sehingga membentuk asam sulfat dan asam nitrat dalam air hujan dan menjadikan pH air hujan lebih kecil dari 5,6 (Nasution 1991). Air hujan pada dasarnya adalah air murni ketika belum dipengaruhi oleh zat-zat lain dengan pH normal sekitar 7, namun dengan adanya kandungan CO2 secara global maka air hujan akan memiliki keasaman (pH) 5,6. Air hujan dengan pH 5,0-5,6 merupakan air hujan yang sudah dipengaruhi adanya prilaku antoprgenik ataupun senyawa sulfur yang berasal dari letusan gunung api. Ketika air hujan memeliki pH < 5 maka air hujan
2
tersebut termasuk kedalam kelompok hujan asam karena pengaruh penggunaaan bahan bakar fosil yang berlebihan sedangkan air hujan dengan pH > 5,6 merupakan hujan yang tidak dipengaruhi oleh antropogenik jika telah dipengahuri oleh manusia tetapi memiliki kapasitas buffer yang tinggi sehingga penurunan pH air hujan tidak terjadi (siendfield, Pandis 2006) . 2.2 Proses fisis dan kimia bahan pencemar di atmosfer Interaksi antar bahan pencemar (SOx dan NOx) dengan udara secara fisis dikenal sebagai proses adsorpsi dan absorpsi. Kedua proses tersebut merupakan proses transfer massa melalui mekanisme difusi. Proses adsorpsi merupakan proses penyerapan gas, liquid atau substansi terlarut pada permukaan zat padat atau zat cair. Adsorpsi fisis terdiri atas proses pengikatan molekul-molekul gas melalui proses elektrostatis sebagai hasil polarisasi molekul gas. Sedangkan adsorpsi kimia terdiri atas proses adsorpsi fisis bersamaan dengan terjadinya reaksi kimia. Proses absorpsi merupakan proses penyerapan gas atau uap oleh zat cair, termasuk di dalamnya proses fisis maupun absorpsi kimia. Dalam proses absorpsi, material yang diserap di distibusikan memasuki fase cair. Agar dapat diabsorpsi, material polutan harus terdifusi sempurna ke dalam zat cair (Harmantyo 1989). 2.3 Faktor-Faktor Meteorologi yang mempengaruhi polusi udara Terdapat beberapa faktor meteorologi yang mempengaruhi polusi udara dikelompokan pada dua golongan yaitu, 1. Faktor meteorologi primer seperti angin, turbulensi, stabilitas atmosfer dan inverse, 2. Faktor meteorologi sekunder yaitu hujan, kabut dan radiasi surya. (Suharsono dalam Nababan 1989) 2.3.1 Angin, Turbulensi, Stabilitas Atmosfer, dan Inversi Angin akan mempengaruhi kecepatan penyebaran dan percampuran polutan dengan udara di atmosfer. Semakin tinggi kecepatan angin maka pengenceran dan penyebaran polutan dari sumber emisi di atmosfer semakin besar dan sebaliknya polutan pada satu titik searah angin berbanding terbalik dengan kecepatan anginya (Nababan 1989). Semakain besar turbulensi semakin besar
pula penyeberan polutan dari sumbernya dan sebaliknya (Forsdyke dalam Nababan 1989). Stabilitas atmosfer akan menentukan pergerakan udara vertikal di atmosfer yang dengan sendirinya dapat mempertinggi dan menahan penyabaran polutan. Pada kondisi tidak stabil parcel udara dalam pergerakan vertical akan terus bergerak sehingga penyebaran polutan ke atas semakin meningkat. Tetapi pada saat kondisi stabil parcel udara dalam pergerakan keatas akan tertahan (Schmit dalam Nababan 1989). Inverse diartikan suatu lapisan atmosfer dimana suhu udara meningkat dengan bertambahnya ketinggian. Inverse merupakan lapisan yang sangat stabil sehingga pertukaran udara vertikal hampir terhambat sempurna (Suharsono dalam Nababan 1989). 2.3.2 Hujan, Kabut, dan Radiasi Proses pembersihan polutan yang paling penting adalah dalam pembentukan butiran hujan. ketika hujan dan salju turun, butiran hujan dan kepingan salju akan membersihkan (menyapu) beberapa partikel besar dalam lintasannya. Kemudian polutan akan bereaksi dengan hujan atau tercuci langsung saat hujan jatuh (Suharsono dalam Nababan 1989). Semakin banyak hujan yang jatuh ke permukaan akan semakin banyak polutan yang yang terbawa oleh hujan. Seperti penelitian yang dilakukan oleh (Nababan 1989), pada menelitian hujan asam jangka panjang semakin banyak curah hujan yang jatuh kepermukaan akan semakin banyak polutan yang terbawa air hujan sampai ke permukaan sehingga pH air hujan dengan volume yang lebih besar akan memiliki pH air hujan yang lebih besar, berdasarkan hal tersebut mendukung pendapat bahwa dengan tingkat intensitas hujan yang tergolong deras maka polutan akan langsung tebawa oleh hujan pertma sehingga pH awal hujan akan lebih besar dari pada akhir hujan. Kabut dapat mengurangi radiasi matahari yang datang sehingga menghambat perkembangan dari campuran udara yang normal selama siang hari. Radiasi surya secara secara tidak langsung mempengaruhi polusi udara yaitu sebagi energi penggerak udara karena perbedaan pemanasan permukaan sehingga menimbulkan angin dan turbulensi, dan serta sebagai input energi dari kesetimbangan energi sehingga mempengaruhi terjadinya inverse dan stabilitas atmosfer (Suharsono dalam Nababan 1989). Radiasi surya mempengaruhi polusi udara saat proses-proses kimia di atmosfer dengan
3
interaksi antar molekul. Transformasi (perubahan bentuk) kimia yaang terjadi di atmosfer dapat digambarkan sebagai proses oksidasi, reaksi tersebut termasuk senyawa karbon, nitrogen dan sulfur. Dengan bantuan radiasi surya oksidasi hidrokarbon, NOx dan SO2 membentuk aldehid, NO2, dan ozon (Nababan 1989) 2.4 Pengukuran Hujan Asam 2.4.1 Pengambilan Sampel Pengambilan sampel air hujan adalah suatu proses yang tersusun secara sistematis agar sampel air hujan tidak mengalami perubahan pH (terkontaminasi). Sampel air hujan memiliki karakteristik ion yang rendah dan sangat mudah terkontaminasi. Sehingga tujuan dari sampling ini adalah mengumpulkan sampel yang mewakili keseluruhan kondisi air hujan awal untuk analisis kimia dengan cara yang dapat mempertahankan kondisi kimia yang terkandung dalam air hujan tersebut. Dalam Manual for The GAW Precipitation Chemistry Program (Allan 2004), proses pengambilan sampel air hujan dapat menggunakan alat sampling khusus untuk deposisi basah dan kering. Alat tersebut harus memenuhi beberapa syarat baik desain maupun cara kerja alat tersebut. Adapun syaratnya, yaitu : Alat sampling mampu melakukan sampling deposisi basah secara otomatis. Sampel yang telah tertampung harus terlindung dari kontaminasi selama tidak terjadi hujan. Perlu adanya suatu penutupan alat sampling secara otomatis dengan precipitation sensor yang akan mengurangi proses evaporasi pada sampel. Bila diperlu, tambahkan compressible pad atau gasket agar sampel lebih terlindung. Sensor hujan harus mampu mengontrol membuka dan menutupnya alat ketika terjadi hujan. jika terjadi hujan penutup alat harus terbuka dalam waktu 5 detik dan akan menutup ketika tidak terjadi hujan selama 120 detik.
Semua bahan alat sampling yang berhubungan langsung dengan sampel harus tidak bereaksi secara kimia dengan sampel agar diperoleh hasil yang sebenarnya. Bahan yang baik diggunakan adalah polyethylene, polypropylene dan teflonTM atau teflon TM-coating. Sedangkan bahan kaca dan logam bukan bahan yang baik digunakan dalam alat sampling tersebut kerena memiliki pengaruh yang positif maupun negative bagi kation. Ketinggian alat harus berada pada kisaran 1-1.5 meter diatas permukaan tanah. 2.4.2 Periode Sampling Menurut MWO dalam Manual for The GAW Precipitation Chemistry Program (Allan 2004), pengambilan sampel dilakukan selama 24 jam sekali diambil pada pukul 09.00 waktu setempat jika biaya dalam proses pengambilan sampel dan jumlah lokasi sampling besar sehingga tidak memungkinkan pengambilan sampel setiap hari maka pengambilan sampel dalam beberapa hari dapat dilakukan sehingga maksimum periode pengambilan sampel dalam waktu 7 hari. Jika pada saat pengambilan sampel terjadi hujan maka pengambilan dilakukan setelah hujan untuk menjaga air sampel tidak terkontaminasi. 2.5 Macam-macam Alat Sampling Hujan Asam Sampai dengan saat ini belum ada standart interasional mengenai alat sampling deposisi basah (hujan asam). Sehingga negara-negara yang melakukan pengamatan deposisi asam (hujan asam), dapat menggunakan alat dengan bebas asalkan mengikuti persyaratan alat seperti yang terdapat pada Manual for The GAW Precipitation Chemistry Programme (2004). Adapun beberapa pelengkapan komersial dan riset yang digunakan dalam sampling hujan asam dapat dilihat dibawah berikut.
4
Tabel 1 Tipe-tipe alat sampling deposisi kering dan basah Tipe Keterangan Produsen :DKK Corporation
IDR-500
Kelebihan Mampu melakukan pengukuran pH, konduktivitas, suhu air hujan,sensor hujan per 0,5 mm diameter butir hujan, dapat melakukan pengukuran ion NO₃,SO₄, Cl per 1 mm jeluk hujan.
Kekurangan Alat tidak portable karena tidak dapat bongkar pasang, menggunakan arus AC sebagai catudaya, memiliki dimensi 100 x 65 x 200 cm
Produsen : OGASAWARA KEIKI CO., LTD.
C-U273
Kelebihan mampu melakukan pengukuran pH, konduktivitas, suhu air hujan dan sensor hujan aktif minimal 0,5 mm diameter butir hujan.
Kekurangan Alat tidak portable sehingga sulit untuk di pindahkan, menggunakan arus AC sebagai catudaya.
Produsen : KIMOTO ELECTRONIC CO., LTD
AR-108SN
Kelebihan Mampu melakukan pengukuran pH, konduktivitas, suhu air hujan dan sensor presipitas per 0,5 mm jeluk hujan.
Kekurangan Alat tidak dapat portable sehingga tidak efisien, menggunakan Arus AC sebagai catuday , Memiliki dimensi 113 x 79 x x 168 cm
Produsen : Graseby Automatic wet & dry deposition sampler type ARS 1000
Kelebihan Mengunakan sensor hujan yang menghasilkan panas untuk menguapkan panas
(Sumber : Berbagai macam sumber )
Kekurangan Alat ini tidak dapat portable karena permanen pada satu tempat, Menggunakan Arus AC sebagai catudaya, dengan sampel ditampung dalam satu tempat.
Gambar Alat
5
Tabel 2 Tipe-tipe alat sampling depisisi basah Tipe
Keterangan
Gambar Alat
Produsen : Syremont,Milano
A.R.A. Acid Rain Analyzer
Kelebihan
Kekurangan
Dapat melakukan pengukuran pH, konduktivitas, suhu air hujan, malakukan sampling hujan setiap 0,2 mm jeluk hujan dan menampung 96 sampel terpisah.
Alat ini tidak portable, memiliki dimensi 68 x x 68 x 137 cm, menggunakan Arus AC sebagai catudaya.
Produsen : EIGENBRODT
NMO 191/S
Kelebihan Alat ini dapat melakukan pengukuran pH, konduktivitas dan hujan per 0,5 mm jeluk hujan.
Kekurangan alat tidak portable, memiliki dimensi 135 x 52 x 64 cm, menggunakan Arus AC sebagai catudaya.
Produsen : J & S Intrumants, Inc.
JS-425
Kelebihan Alat mampu melakukan pengukuran pH, malakukan pengambillan data setiap 0,25 mm jeluk hujan dapat menggunakan Arus AC dan DC sebagai catudaya.
Kekurangan Kolektor hujan tidak dilengkapi dengan tutup kolektor sehingga besar kemungkinan terjadi kontaminasi pada sampler yang ditampung.
Produsen : ECOTECH Model 200 sampler
Kelebihan Pengukuran prespitasi per 0,25 mm jeluk hujan, alat ini menggunakan arus DC sebagai catudaya.
Kekurangan Alat ini todak portable, memiliki dimensi 37 x 37 x 152 cm.
Produsen : Yankee Enviromental Systems, Inc. TPC-300
Kelebihan Dapat menggunakan Arus DC dan AC sebagai catu daya.
(Sumber : Berbagai macam sumber)
Kekurangan alat ini tidak portable, sampel ditampug dalam satu tempat, memiliki dimensi 134 x 119 x 133 cm.
6
III.
METODOLOGI
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Februari hingga September 2011 di Workshop Instrumentasi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi. 3.2 Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat mekanik workshop instrumentasi. Sedangkan bahan yang digunakan adalah Komponen pasif elektronik (resistor, kapasistor), Komponen aktif elektronik ( IC logic, transistor, sensor magnet, saklar mekanik), 2 buah motor DC dengan tooth gear ( 3 kgf.cm), Resistance wire, Botol berukuran 20 ml, Sensor tipping bucket, Corong diameter 25 cm, kolektor hujan, Pipa PVC dan seperangkat tipping bucket bervolume 20 ml. 3.3 Metode Penelitian Tahap awal penelitian ini adalah dengan melakukan pencarian data sheet IC (Integrated Circuit). Literature tersebut kemudian dijadikan dasar pembuatan sampling alat penakar hujan asam sekuensial.
Gambar 1 Desain sensor hujan dengan merah resistance A dan biru resistance B. 3.3.3 Pembuatan Komponen Elektronik Pendeteksi hujan. Kompnen Elektronik pendeteksi hujan dibuat dengan menggunakan IC comparator. Dengan menggunakan IC comparator hujan akan terdeteksi secara langsung ketika butiran air hujan mengenai Resistance wire A dan Resistance wire B yang saling bersebelahan. Adapun gambar komponen elektronik pendeksi hujan sebagai berikut.
3.3.1 Memahami karakteristik IC (integrated circuit) dalam prototype hujan asam sekuensial. Mempelajari karakteristik kerja IC yang digunakan dalam prototype hujan asam sekuensial dan mengganti kerja relay dalam prototype dengan menggunakan rangkaian transistor. Selain itu memperbaiki deboncer kerja alat dalam kerja tutup kolektor hujan. 3.3.2 Pembuatan Sensor Hujan Sensor hujan adalah suatu rangkaian alat yang mampu mendeteksi adanya hujan. sensor ini terbuat dari media win fin berukuran 6 x 6 cm yang digulung dengan dua buah resistance wire yang terpisah dengan memposisikannya selang seling tanpa saling menyentuh. Ketika terjadi hujan maka butir air hujan akan mempersatukan kedua resistance wire dan Mengalirkan arus pada resistance wire tersebut. Adapun gambar sensor tersebut adalah sebagia berikut:
Gambar 2
Rangkaian Basic Operation of voltage Comparation.
3.3.4 Pembuatan Bagian Elektronik Penggerak Tutup Kolektor Hujan. Pada bagian penggerak tutup kolektor hujan terdapat rangkaian Retrigerable yang membaca sinyal hujan dari rangkaian komparator dan menjadikan sinyal tersebut panjang dengan sifat delay pada rangkaian ini. Rangkaian Retrigerable menggunakan IC astable, counter, serta rangkaian penyempurna pembalik arus dengan menggunakan IC inverter dan IC switch. Seperti pada gambar di bawah ini.
7
dalam botol tetap ada dan masih dapat diencerkan kemudian dibaca nilai pH air tersebut. Adapun uji evaporasi botol ini dilakukan dengan dua kondisi, dimana uji evaporasi botol dilakukan dalam ruangan dan uji evaporasi botol di luar ruangan (matahari langung). Uji evaporasi botol tersebut dilakukan sebagai berikut : Gambar 3 Rangkaian logic pembalik arah arus tutup kolektor hujan. Pada gambar 3 rangkaian ini terdapat monostable retrigerable yang akan memberikan sinyal logic yang terus menerus, saat mendapat triger dari komparator secara terus menerus dalam selang waktu yang telah di perhitungkan pada prototype alat sampling hujan asam sebelumnya (Gunawan 2010). Sinyal logic dari monostable Retrigerable akan dibaca oleh IC inverter dan switch menjadi sebuah logic yang dapat diterjemahkan oleh rangkain H-Bridge untuk menggerakan tutup kolektor untuk bergerak membuka ataupun menutup. Adapun gambar rangkain H-Bridge tersebut sebagai berikut :
Botol Tertutup
Botol terbuka
Gambar 5 Uji evaporasi di dalam ruangan dan di luar ruangan. Botol yang berada dalam ruangan akan cenderung lebih lambat terevaporasi dibandingkan yang berada di luar yang terkena matahari langsung. Tingkat evaporasi botol dalam ruangan 0,5 mm perhari, sedangkan botol yang berada di luar memiliki tingkat evaporasi yang beragam mulai dari 1 mm hingga 3 mm perhari tergantung dari seberapa teriknya matahari saat itu. Adapun perhitungan volume tersebut sebagai berikut : Asumsi botol yang ditaruh di luar ruangan dengan nilai evaporasi 2 mm. Diketahui : Diameter botol = 2,5 cm Tingkat evaporasi perhari = 2 mm Tingkat evaporasi perminggu = 14 mm Volume air yang akan hilang dalam 1 Minggu = luas alas botol x tingkat evaporasi = (3,14 x (2,5/2)2) cm2 x (1,4) cm = 9,891 ml ≈ 10 ml
Gambar 4 Rangkaian H-Bridge 3.3.5Tahap Pengujian Kehilangan Air Pada Kontener Plastik. Dalam melakukan uji kehilangan air pada kontener plastik yang akan digunakan sebagai dasar botol sampel. Perlu melihat seberapa banyak air yang hilang atau dievaporasikan sehingga bisa menentukan banyak air yang nanti akan ditampung pada botol. Tujuan nantinya dilakukan penggantian botol sampling seminggu sekali maka harapan air
Dengan demikian agar botol sampel dapat digunakan maka volume minimum harus lebih besar dari 10 ml. Apabila volume botol sampel yang akan hilang dalam 1 minggu ditambahkan dengan tinggi minimum air dibotol (1 cm) saat pengukuran dengan alat pH meter maka, Volume air minimum pH meter = luas alas botol x tinggi air minimum = (3,14 x (2,5/2)2) cm2 x (1) cm = 7,065 ml ≈ 7 ml Sehingga volume botol sampel = Volume air yang hilang + Volume air pH meter
8
= 10 ml + 7 ml = 17 ml Setelah menghitung volume air yang harus ditampung maka selanjutnya, Menghitung besaran luas dan diameter penampang hujan agar mampu memenuhi standart yang telah ditetapkan di awal. Adapun cara perhitungan besaran luasan kolektor hujan adalah sebagai berikut : Volume botol yang ditetapkan = 17 ml Jeluk hujan hujan yang diinginkan = 0,2mm Luas permukaan kolektor hujan = volume / jeluk hujan = (17 ml/ 0,02 cm) = 850 cm2 Sehingga jari-jari penampang kolektor hujan = 16,4 cm ≈ 16 cm Karena untuk pembuatan kolekor hujan dengan luasan sebesar 850 cm2 dan jari – jari sebesar 16 cm dinilai sulit maka luasan kolektor hujan diperbesar dan jeluk hujan pun diperbesar menjadi seperti dibawah ini : Asumsi : Diameter kolektor hujan = 25 cm Jeluk hujan = 0,4 mm Maka nilai volume yang tertampung = Luas permukaan penakar x jeluk = 3,14 x ((25/2)2)cm x 0,04 cm = 19,625 ml ≈ 20 ml Berdasarkan hasil tersebut maka nilai volume botol sampel adalah 20 ml. 3.3.6 Pembuatan Mekanik Alat Rangkaian mekanik untuk penakar hujan sekuensial ini terdiri dari beberapa mekanik, seperti; mekanik penggerak tutup kolektor hujan, mekanik penggerak botol dan rangkaian penakar hujan dengan tipe tipping bucket dengan nilai satu jungkitan 20 ml dalam jeluk hujan 0,4 mm.
3.3.6.1 Mekanik Penggerak Tutup Kolektor Hujan Mekanik penggerak tutup kolektor hujan ini adalah mekanik yang terdiri dari plastik berbentuk tabung dengan diameter penampang 25 cm dengan tutup yang dapat membuka dan menutup kolektor hujan tersebut. Membuat kolektor hujan dengan menggunakan tempat sampah yang sudah memiliki tutup dengan luas dan diameter yang disesuaikan dengan perhitungan di atas dan merubah kerjanya menjadi kolektor hujan yang dapat membuka ± 1800 dari posisi menutup. Memasangkan corong dengan diameter yang sama untuk mengalirkan air ke tipping bucket. Adapun gambar mekanik tersebut adalah sebagai berikut.
Gambar 6 Mekanik Tutup kolektor hujan. 3.3.6.2 Mekanik Penggerak Botol Mekanik penggerak botol adalah mekanik yang terbuat dari bahan dasar alumunium (kaset botol) yang dihubungan dengan motor DC pada rangkaian elektronik penggerak botol. 3.3.7 Prinsip Kerja Alat Secara keseluruhan sampling hujan asam sekuensial ini dapat bekerja seperti diagram alir dibawah ini.
9
Gambar 7 Diagram Alir Kerja Alat Sampling Hujan Asam Sekuensial
10
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sensor Hujan Sensor ini bekerja dengan prinsip fisika sederhana, dimana air dapat bekerja sebagai media penghantar arus listrik, sehingga dapat ditentukan berapa kisaran hambatan pada sensor hujan saat terhubung ketika hujan terjadi. Sensor hujan dibuat dengan 2 buah kawat resistance wire (perpaduan besi dan aluminium) yang dipasang secara selang seling (resistance wire A dan B). Kedua resistance wire tersebut dipasang dengan jarak ± 1 mm. Jarak antar kawat resistance yang dipasang akan mempengaruhi sensitifitas sensor terhadap tetesan air hujan. Semakin rapat resistance wire A dan B yang dipasang maka akan semakin sensitif sensor terhadap butir hujan. berikut adalah gambar dari sensor hujan.
Gambar 8 Sensor Kejadian Hujan Sensor hujan ini memiliki hambatan tidak terhingga saat tidak terjadi hujan karena arus pada sensor tidak dapat mengalir dan saat terjadi hujan dengan sensor tersebut terhubung oleh tetes air hujan akan memiliki hambatan ± 12 kΩ. 4.2 Komponen Elektronik Penggerak Tutup Kolektor Hujan. Komponen dasar pada rangakian ini adalah IC Comparator yang berfungsi sebagai pembanding tegangan saat terjadi hujan dan saat tidak terjadi hujan. Seperti yang terlihat pada gambar 2 rangkaian Basic Operation of voltage Comparation, Comparator akan memiliki 2 inputan yang terdiri dari V-Input dengan V-reference. Jika V-Input lebih besar dari V-Referance mengakibatkan V-Output akan bernilai 0 Volt (Logic Rendah) dan jika sebaliknya, terjadi V-Input lebih kecil dibandingkan dengan VReferance mengakibatkan V-output akan bernilai 6 Volt (Logic Tinggi) seperti terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 9 Skema Logic pada IC Comparator. Output dari IC comparator ini yang kemudian akan terbaca oleh rangkaian Tutup kolektor hujan. Rangkaian tutup kolektor hujan terbuat dari rangkaian Monostable Retrigerable (IC astable, IC counter, serta IC Pembalik Arus ( IC Inverter dan IC Switch) yang terkoneksi dengan rangkain H-Bridge (Transistor PNP dan NPN) dan toggle switch. Rangkaian Monostable Retrigerable berfungsi sebagai pemberi sinyal logic rendah yang terus menerus saat hujan terjadi dan memberikan logic tinggi saat hujan tidak terjadi. Ketika tidak ada hujan, IC counter akan menghitung sampai dengan waktu ± 2 menit kemudian akan memberikan sinyal logic tinggi. Karena hasil logic yang dihasilkan dari rangkaian sebelumnya belum menghasilkan logic yang sesuai dalam bentuk dua buah logic yang berkebalikan maka ditambahkan dengan IC converter (IC inverter dan IC switch) yang selalu menghasikan logic yang selalu berkebalikan. Setelah logic yang dihasilkan sesuai maka dikoneksikan dengan rangkaian H-Bridge yang berfungsi sebagai penggerak motor DC sesuai dengan arah logic yang di berikan pada kontrol H-Bridge . Sedangkan Toggle switch akan berfungsi untuk pemberi arus ke motor DC sehingga motor DC dapat bekerja. Adapun gambar elektronik tersebut sebagai berikut.
Gambar 10 Papan Elektornik Alat Sampling Hujan Sekuensial.
11
Saat tidak terjadi hujan nilai hambatan dari sensor hujan akan bernilai tak terhingga sehingga akan terjadi V-Input lebih besar dari V-Referance mengakibatkan V-Output akan bernilai 0 Volt (Logic Rendah). Sedangkan saat terjadi hujan hambatan dari sensor lebih kecil dari hambatan referance sehingga akan terjadi V-Input lebih kecil dibandingkan dengan V-Referance mengakibatkan Voutput akan bernilai 6 Volt (Logic Tinggi). Sinyal tinggi dari comparator akan mentriger monostable retrigerable sehingga memberikan sinyal logic pembalik ada rangkain pembalik arus pada rangkaian H-Bridge dan toggle switch mengaktifkan motor DC untuk bergerak. 4.3 Pembuatan Mekanik Alat Alat sampling hujan ini terdapat tiga buah mekanik, antara lain ; mekanik tutup kolektor hujan, mekanik pengerak botol sampel dan mekanik tipping bucket dengan jeluk hujan 0,4 mm dan diameter penampang hujan sebesar 25 cm. Prinsip kerja mekanik alat tutup ini menggunakan penanda sinyal yang dikirimkan oleh rangkaian elektronik pendeketsi hujan dan penggerak tutup kolektor hujan. Ketika ada sinyal hujan yang dikirim dari elektronik pendeteksi hujan, maka tutup kolektor hujan akan terbuka dalam waktu kurang dari 4 detik begitu juga sebaliknya ketika sudah tidak ada hujan selama ± 2 menit maka sinyal logic yang dikirimkan akan dijadikan tanda oleh kolektor hujan untuk menutup kembali.
motor DC bergerak dengan cepat terdapat peluang kerusakan pada mekanik, berdasarkan hal tersebut maka sistem gear yang dipasang langsung dari motor DC ke kolektor hujan diganti dengan sistem gear reduksi sehingga dicari perpaduan gear reduksi pada penggerak tutup kolektor hujan agar dapat bergerak lebih lambat. Diperoleh perbandingan gear 15 : 42 dengan karakteris-tik gerak tutup lebih lambat dari gerak motor sehingga dilakukan pemasangan gear dengan perbandingan 15:42. Selain perhitungan saat pemasangan gear, konstruksi tutup kolektor hujan pun perlu diperhitungkan, Saat kolektor hujan diuji coba di lapangan penutup kolektor hujan masih belum bekerja dengan prinsip yang seharusnya, pada tutup kolektor hujan masih terdapat celah yang tidak tertutup sehingga debu dapat masuk ke dalam kolektor hujan dan mengkontaminasi hasil sampel air hujan. Berdasarkan hal tersebut maka kolektor hujan ditampah potongan PVC dan busa agar tutup dapat menutup dengan baik dan tidak ada debu yang dapat masuk ke dalam kolektor hujan. Pada tutup bagian depan pun diberi lobang kecil dengan dilindungi tutup yang diberi lobang di sekelilingnya, lobang tersebut berfungsi sebagai tempat keluarnya air pada saat tutup kolektor hujan terbuka dan air diatas tutup dapat terbuang. Prinsip kerja tipping bucket adalah menampung air hingga pada volume ± 20 ml setiap jeluk hujan 0,4 mm dengan diameter penampang 25 cm, kemudian alat akan berjungkit dan mengrimkan sinyal kepada penggerak botol setelah 5 detik. Adapun gambar Tipping bucket dapat dilihat di bawah ini.
Gambar 12 Tipping bucket Gambar 11 Mekanik tutup kolektor hujan. Pada kolektor hujan dipasangkan sebuah Gear yang berfungsi sebagai roda pemutar dari motor DC ke tutup kolektor hujan. sehingga kolektor hujan dapat bergerak. Pada awalnya Gear penggerak tutup kolektor dipasang secara langsung dari Gear motor DC ke penutup kolektor sehingga tutup kolektor hujan bergerak sangat cepat. Saat
Mekanik tipping bucket yang demikian memiliki kelemahan seperti air yang terbuang setelah tipping berjungkit. Air terbuang pada jalur yang menuju ke botol sampel sehingga volume air yang tertampung di botol kurang dari 20 ml setiap kali berjugkit. Air yang terbuang setiap kali terbuang dari tipping bucket ±2 ml.
12
Mekanik penggerak botol akan bergerak ketika ada sinyal yang dikirimkan oleh rangkaian Hall sensor setiap berjungkit pada rangkaian tipping bucket. Setelah tipping bucket mencapai jeluk hujan 0,4 mm mekanik akan berjungkit dan mengirimkan sinyal ke elekronik untuk mulai menghitung jeda waktu selama 5 detik baru kemudian kaset botol bergeser. Jeda waktu selama 5 detik tersebut diperhitungkan agar air yang telah dialirkan dari tipping bucket benar-benar sudah masuk kedalam botol. Pada awal pembuatan mekanik penggerak botol, desain awal pembuatan berbentuk
kaset botol dengan sistem penggerak kaset berupa rel yang dipasangkan dengan gear profil H dari motor DC, karena bahan kaset botol dengan sistem seperti ini sudah tidak ada maka sistem ini tidak lagi digunakan, sistem penggerak botol yang digunaan saat ini adalah dengan mengguna-kan kaset botol yang dipasang dengan rel berupa tali penarik dan guide sebagai batas gerak kaset botol agar tidak bergerak ke kanan dan ke kiri pada sebuah pipa PVC berukuran 2,5 inchi, sebagai pelindung dan batas antara kaset botol dengan lingkungan.
Magnet pada kaset botol
Profil Bawah kaset Botol
Tali yang Dibentuk
Sistem Tali pada Kaset Botol
Gambar 13 Kaset Botol dengan Profil Bagian Bawah Kaset Botol Kaset botol terbuat dari bahan Alumunium ringan sehingga mudah ditarik dan kuat, profil alumunium yang digunakan berupa profil H dengan guide di bagian bawah. Kaset botol terlihat seperti gambar 13 dengan warna merah adalah magnet yang di pasang sebagai batas pemberhentian botol dengan hall sensor yang pasang pada pipa PVC. Pada gambar 13 terdapat gambar yang diperbesar, terlihat bagian bawah kaset botol dengan sistem tali dibuat profil seperti pada
gambar 13, bertujuan untuk mengkaitkan tali pada kaset botol sehingga saat tali bergerak akan menarik kaset botol, profil bawah di buat membentuk V terbalik agar sistem pada tali yang menjadi menjadi guide kaset botol dapat terpasang sempurna dan memastikan bahwa kaset botol akan tertarik. Bentuk bulatan pada tali dibuat sedemikian rupa agar dapat menarik serta tidak tersangkut pada pulley yang mengakibatan tali terlepas dari pulley.
13
Tempat Keluar Kaset Botol
Tempat Tipping Bucket dan Hall sensor
Motor DC
Tempat Masuk Kaset Botol
Pulley pada Sistem tali penarik kaset botol
Gambar 14 Ruang kaset botol
Mekanik penggerak botol memiliki 3 ruangan yang terdiri dari: Ruangan A yang berguna sebagai ruang tunggu kaset botol, saat terjadi hujan kaset botol akan bergeser hingga batas magnet sebagai tanda sinyal hall sensor pada bagian antara A dan B. Kaset botol akan bergeser sedikit demi sedikit hingga seluruh kaset botol yang berada diruang A masuk seluruhnya pada ruangan B. Pada ruangan A terdapat 2 buah pulley yang di hubungkan dengan tali terhdap pulley pada motor DC dibagian luar. Pulley pada motor DC dibuat miring agar tali yang keluar dari A dan menuju motor DC tidak tersangkut dengan tali yang keluar dari motor DC menuju ke A. Ruang B berfungsi sebagai ruang pemberhentian kaset botol sebelum diambil, ruangan A dan B keduanya terlindungi dari lingkungan agar mengurangi adanya kemungkinan kontaminasi sampel air hujan oleh lingkungan (debu). Ruang C berfungsi sebagai tempat penutupan botol sampel dengan tutup botol agar air sampel tidak rusak. Ruang C dibuat demikian agar memudahkan pengguna saat mengambil kaset botol pada ruang B dan mengkondisikan kaset botol dan air botol tidak tumpah.
4.4 Pengambilan Data Secara Langsung Saat dilakukan pengambilan data secara langsung dilapangan yang bertempat pada kawasan Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor, tanggal 20 Agustus 2011 diperoleh data hujan sebanyak dua botol dalam satu kali hujan. Data pH air hujan dari kedua botol tersebut, yaitu botol 1 dengan pH 5 dan botol 2 dengan pH 6,8. Konsentrasi polutan yang terbawa oleh hujan sangat bergantung pada intensitas hujan. Jika terjadi hujan dengan intensitas deras dan gerimis pada suatu wilayah dengan kadar polutan yang sama, maka pada hujan intensitas deras akan memiliki peluang besar untuk langsung membawa polutan pada awal hujan sedangkan pada hujan dengan intensitas gerimis maka polutan yang terbawa relative konstan hingga akhir hujan. Hujan yang terjadi pada tanggal 20 agustus 2011 termasuk hujan dengan intensitas deras, sehingga pada awal terjadi hujan air hujan yang jatuh membawa sebagian besar polutan yang berada di atmosfer yang mengakibatkan kadar keasaman pada air hujan yang jatuh pertama mencapai pH 5 dan semakin berkurang pada botol ke-2 menjadi pH 6,8. Sedangkan pada hujan tanggal 25 september 2011 diperoleh 20 botol sampling dengan gambar grafik di bawah ini.
14
Gambar 15 Kecendrungan pH air Hujan pada alat sampling hujan asam sekuensial tanggal 25 September 2011. Pada kejadian hujan tanggal 25 september tergolong hujan deras dengan durasi kejadian hujan 1,5 jam. Dengan kondisi tersebut polutan yang berada di atmosfer akan terbawa oleh hujan yang pertama kali jatuh ke permukaan. Terlihat pada gambar 15 di atas, pH air hujan yang tertampung pada alat sampling hujan sekuensial memiliki kecendrungan pH yang semakin meningkat seirirng
dengan kejadian hujan. Dengan kategori hujan deras, maka polutan akan terbawa pada awal kejadian hujan dan menyababkan rendahnya pH air hujan awal. Semakin lama kejadian hujan maka polutan yang berada di atmosfer akan berkurang dibandingkan dengan sebelum kejadian hujan. Hal tersebut ditandai dengan adanya pH air hujan yang mendekati batas normal pada pH 7.
Gambar 16 Kecendrungan pH air Hujan pada alat sampling hujan asam sekuensial tanggal 28 September 2011 . Pada kejadian hujan tanggal 28 September 2011, kejadian hujan yang terjadi dikategorikan sebagai hujan dengan intensitas cukup deras dengan kejadian hujan selama 40 menit. Pada pengambilan sampling tersebut alat sampling hujan asam sekuensial hanya dapat menampung 12 botol sampling. Dari sampling hujan yang terjadi pada kali kedua ini, terlihat pH air hujan memiliki karakteris-
tik yang hampir serupa dengan hujan tanggal 25 september. Namun karakter dari pH air hujan tanggal 28 september memiliki ahiran yang masih terus meningkat. Hal tersebut disebabkan oleh polutan yang berada di atmosfer saat terjadi hujan masih lebih sedikit, dibandingkan dengan kejadian hujan pada tanggal 25 september. Polutan yang terbawa hujan kali kedua di bulan september ini meru-
15
pakan sisa polutan yang tidak terbawa saat hujan tanggal 25 september. Sehingga saat terjadi hujan yang hampir sama maka, air hujan akan membawa polutan di awal hujan dan membuat pH air hujan tanggal 28 memiliki kecendrungan yang terus meningkat.
V.
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Pengembangan alat sampling hujan sekuensial dalam penelitian kali ini sudah mampu melakukan deteksi kejadian hujan. Alat ini menggunakan H-Bridge sebagai pengatur arah gerak motor DC yang berada pada tutup kolektor hujan. Ketika terjadi hujan tutup kolektor dapat terbuka dalam waktu kurang dari 4 detik, sebaliknya jika sudah tidak ada hujan selama ±2 menit maka tutup kolektor hujan akan kembali menutup. Mekanik sampling hujan sekuensial memiliki sistem tipping bucket dengan ketelitian 0,4 mm setara dengan volume air yang tertampung sebesar 20 ml untuk satu kali berjungkit. Sistem penggerak botol alat samping hujan (Kaset botol) menggunakan tali yang dihubungkan dengan motor DC, batas berhenti penggerak botol ini menggunakan Hall sensor yang dipasang pada kaset botol. Secara keselurahan alat sampling hujan asam sekuensial ini sudah mampu menampung sampel air hujan pada awal kejadian hujan. Dalam uji data yang mendapatkan 20 botol diketahui kecendrungan pH yang semakin meningkat seiring dengan bertambahnya curah hujan. Dengan adanya sampel tersebut, maka dapat dilakukan analisis lebih lanjut mengenai kondisi polutan di udara dari gambaran pH air hujan yang ada. 5.2 Saran Sistem kontrol alat sampling hujan yang sudah dikembangkan ini masih perlu dikembangan lagi seperti penambahan pH meter dalam alat secara langsung sehingga keluaran dari alat ini sudah dalam bentuk pH air hujan. Jumlah botol sampel yang ada saat ini dinilai masih kurang sehigga perlu ditambahkan kembali jumlah botol sampel pada alat sehingga dapat melihat pH air hujan awal yang lebih banyak.
DAFTAR PUSTAKA Allan MA. 2004. Manual for The GAW Presipitation Chemistry Programme: Guidelines, Data Quality Objectives and Standartd Operating Procedures. World Meteorological Organization: Global Atmosphere Watch. Anonymous. 2010. Basic Operation of voltage Comparation. http://home.cogeco.ca/~Rrpaisley4/ Circuitindex.html [ 20 april 2011]. Anonymous. 2009. Rangkaian H-Bridge . http://www.electronicsteacher.com/r obotics/robotics-tutorial/advancedrobotics/controlling-dc-motors.php [13 mei 2011] BMKG. 2009. Kualitas Udara. http://www.bmg.go.id/kualitasudara.bmg [9 februari 2011]. Durst RA, Davidson W. 1994. recommendation for the electronic determination of the pH of atmospheric wet deposition (acid rain). International union of pure and Applied chemistry 66(3):649658. Ecotech. 2006. Model 200 Sampler Wet Only Rainwater Sampler. USA: Goveenor of Victoria. Eigenbrodt. 2007.Automatic Presipitation Sampler And Analyser. German: Eigenbordt gmbh & Co.KG. Ellis T. 2007. acid rain. Principle of environmental engineering lowa state university. http://home.eng.iastate.edu/~tge/ce2 36/ACID%20RAIN.pdf [25 maret 2011] Gunawan I. 2010. Pengembangan Alat sampling Huajn Untuk Studi Hujan Asam. [skripsi]. Bogor : Fakultas Matemamtika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Intitut Pertanian Bogor. Hafsari A. 2000. Distibusi Spasial dan temporal hujan asam di bogor dan sekitarnya [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut pertanian Bogor. Harmantyo. 1989. Studi Tentang Hujan Masam di Wilayah Jakarta dan Sekitarnya [Disertasi]. Bogor: Fakultas Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Helmholtz. 1998. Wet Only Precipitation sampler. AWI : Gemeinschaft.
16
J & S Instruments. 1998. JS-425 Rain Gauge pH Data Logging System Data Sheet. Japan : South Spring Ohio. Kimoto electric. 2003. Acid Rain Monitor AR-108SN. Osaka: Funahasi. Nababan B. 1989. Studi Hujan Asam di Daerah Kotamadya Bogor dan Sekitarnya [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut pertanian Bogor. Nasution. 1991. Studi Tingkat Hujan Asam di Daerah Bogor dan Sekitarnya [skripsi]. Bogor: Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. Seinfeld JH, Pandis. 2006..Atmosferic Chemistry and Physics: From Air Polution to Climate Change, Second Edition. United State of America :John wiley & Sons, inc. Yankee enviromental. 2003. Total Presipitaion collector model TPC3000. USA: Airport Industrial Park.
17
LAMPIRAN
18
Lapiran 1 Gambar tampilan alat sampling hujan asam sekuensial.
Kolektor Hujan
Tipping Buket
Lampiran 2 Gambar rangkaian elektronik alat . sampling hujan sekuensial
Ruang Kaset Botol
Lampiran 3 Gambar penutup kolektor saat terbuka
19
Lampiran 4 Gambar posisi Motor DC dan Gear pada tutup kolektor
Lampiran 5 Gambar posisi sensor hujan
Tooth Gear Sensor Hujan
Motor DC Penggerak tutup kolektor
Lampiran 6 Gambar tutup kolektor saat tertutup.
Lampiran 7 Gambar Tipping Bucket dan Hall Sensor
Hall Sensor Tipping Bucket
Lampiran 8 Gambar Posisi Pulley pada ruang kaset . botol
Posisi Pulley
Lampiran 9 Gambar Kaset Botol dan Sistem Magnet.
Sistem Magnet
Kaset Botol
20
Lampiran 10 Gambar botol sampel berukuran 20 ml
Lampiran 11 Gambar pH meter dan larutan kalibrasi.
Lampiran 12 Gambar tipping bucket, ruang kaset dan elektronik
Lampiran 13 Gambar kolektor hujan di atas atap rumah.
