PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

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 i


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 ii



iv


“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

v




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.

viii


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.

ix


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. x


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

xi


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

xii


E. Manfaat Penelitian ...........................................................................

5

F. Sistematika Penulisan .......................................................................

6

BAB II DASAR TEORI ...............................................................................

7

A. Teori Atom dan Molekul ..................................................................

7

B. Detektor Fotoakustik Berbasis Laser CO 2 ........................................

8

C. CO 2 dan H2 O sebagai Pengganggu Pengukuran ..............................

14

D. Metode Eliminasi CO 2 dan H2 O yang menjadi Pengganggu Pengukuran ........................................................................................

15

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 CO 2 dan H2 O dari Gas Buang Sepeda Motor ..........

20

C.2. Kalibrasi ...................................................................................

21

C.3. Pengukuran Konsentrasi Etilen dari Gas Buang Sepeda Motor .........................................................................................

23

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................

27

A. Hasil .................................................................................................

27

A.1. Penapisan CO 2 dan H2 O dari Gas Buang Sepeda Motor....

27

xiii


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

xiv


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 ..................................................................................

Tabel 3:

46

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 ................................................

xv

48


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 CO 2 dan H2 O dari gas buang sepeda motor menggunakan KOH dan CaCl 2 ......................................................................

20

Gambar 3.3. Rangkaian alat yang digunakan pada saat kalibrasi .................

23

Gambar 3.4. Rangkaian alat yang digunakan pada saat mengalirkan gas udara ke dalam sel fotoakustik ..........................................

26

Gambar 4.1. Grafik hubungan konsentrasi CO 2 (ppm) terhadap waktu pengukuran (jam) dengan adanya penambahan CaCl 2 dan KOH pada cuvet tabung U ....................................

28

Gambar 4.2. Grafik hubungan konsentrasi H 2 O (%) terhadap waktu pengukuran (jam) dengan adanya penambahan CaCl 2 dan KOH pada cuvet tabung U ....................................

28

Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi steppermotor pada saat sel fotoakustik dialiri gas udara.........

xvi

30


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 ..

xvii

34


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

1


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


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.


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.


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.


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.


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. 7

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:

dengan :

ℎ𝜈𝜈 = Ε1 − Ε0

(2.2)

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


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.


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.

mikrofon resonator laser

sel fotoakustik gas

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


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 = 𝐶𝐶𝑃𝑃𝑙𝑙 𝐶𝐶𝑔𝑔𝛼𝛼𝑔𝑔𝑔𝑔

dengan :

(2.4)

𝑆𝑆𝑙𝑙 = sinyal akustik pada garis laser “l” [Volt (V)] 𝑉𝑉 𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝑊𝑊

𝐶𝐶 = konstanta sel fotoakustik �

𝑃𝑃𝑙𝑙 = daya laser pada garis laser “l” [Watt (W)]

𝐶𝐶𝑔𝑔 = konsentrasi gas “g” dalam sel fotoakustik [ppb]

𝛼𝛼𝑔𝑔𝑔𝑔 = koefisien serapan gas “g” pada garis laser “l” [cm-1]

12


Jika nilai sinyal dibandingkan dengan nilai daya, maka akan diperoleh 𝑆𝑆

nilai sinyal ternormalisir �𝑃𝑃�. Sinyal ternormalisir menyatakan besarnya sinyal

yang dihasilkan pada daya sebesar 1 W. Besarnya nilai sinyal ternormalisir mengikuti persamaan 2.5: 𝑆𝑆 𝑃𝑃 𝑙𝑙

� � = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑔𝑔 𝛼𝛼𝑔𝑔𝑔𝑔

(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: 𝑆𝑆 𝑃𝑃

� �

𝑙𝑙=1

= 𝐶𝐶(𝐶𝐶𝐴𝐴𝛼𝛼𝐴𝐴1 + 𝐶𝐶𝐵𝐵𝛼𝛼𝐵𝐵1 )

(2.6)


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: 𝑆𝑆 𝑃𝑃

� �

dengan :

𝑙𝑙=2

= 𝐶𝐶(𝐶𝐶𝐴𝐴𝛼𝛼𝐴𝐴2 + 𝐶𝐶𝐵𝐵𝛼𝛼𝐵𝐵2 )

S = sinyal akustik [Volt (V)]

P = daya laser [Watt (W)] l = posisi garis laser

𝑉𝑉 𝑐𝑐𝑐𝑐 � 𝑊𝑊

C = konstanta sel fotoakustik � 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]

(2.7)


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.


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.


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

16


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.


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.


19

Komputer 2 Flow Controller

Detektor Fotoakustik Cuvet + sensor CO2 Kompresor

Cuvet + sensor H2O

Cuvet KOH + CaCl2

Flowmeter

Komputer 1

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.


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.

Komputer 2 Flow Controller

Kompresor

Cuvet + sensor CO2 Cuvet + KOH dan CaCl2

Cuvet + sensor H2O Flowmeter

Gambar 3.2. Rangkaian alat yang digunakan dalam penapisan CO2 dan H2O dari gas buang sepeda motor menggunakan KOH dan CaCl2.


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


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

ternormalisir menunjukkan adanya serapan gas etilen.

pertambahan

sinyal


23

Flow Controller udara Detektor Fotoakustik

Flow Controller etilen

Flowmeter

Tabung gas etilen Tabung udara

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


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


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.


26

Flow Controller Detektor Fotoakustik

Flowmeter

Tabung udara

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.


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.

27

28


900 800

Konsentrasi CO2 (ppm)

700 600 500 400 300 200 100 1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

0

Waktu Pengukuran (jam) Gambar 4.1. Grafik hubungan konsentrasi CO2 (ppm) terhadap waktu pengukuran (jam) dengan adanya penambahan CaCl2 dan KOH pada cuvet tabung U.

48 47

Konsentrasi H2O (%)

46 45 44 43 42 41 40 39 1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

38

Waktu Pengukuran (jam) 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


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.

30

7250

7175

7100

7025

6950

6875

6800

6725

6650

6575

0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 6500

Sinyal Ternormalisir (au)


Posisi Steppermotor Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi steppermotor pada saat sel fotoakustik dialiri gas udara.

0.45

Sinyal Ternormalisir (au)

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 7250

7175

7100

7025

6950

6875

6800

6725

6650

6575

6500

0

Posisi Steppermotor 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


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.

32


900 890

Konsentrasi Etilen (ppb)

880 870 860 850 840 830 820 810 0.3

0.27

0.24

0.21

0.18

0.15

0.12

0.09

0.06

0.03

0

800

Waktu Pengukuran (jam) 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


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.

220


216 212 208 204 200 196 192 188 184 180 0

0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27

0.3

0.33

Waktu Pengukuran (jam) 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.

34


500 496


492 488 484 480 476 472 468 464 0.3

0.27

0.24

0.21

0.18

0.15

0.12

0.09

0.06

0.03

0

460

Waktu Pengukuran (jam) 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.

2750 2740


2730 2720 2710 2700 2690 2680 2670 2660 0.33

0.3

0.27

0.24

0.21

0.18

0.15

0.12

0.09

0.06

0.03

0

2650

Waktu Pengukuran (jam) 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


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.


36

Tabel 4.1: Perbandingan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dan 2S6342838 Jenis sepeda motor

Sepeda motor dengan nomor mesin

Putaran mesin (RPM) 1000

(199 ± 6)

3500

(482 ± 6)

-

(2711 ± 15)

F405ID488879 Sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 Sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838

Konsentrasi etilen (ppb)

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


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].


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,


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


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.


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


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.


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.

43


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.

44


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] 1 1.321 2 1.329 3 1.336 4 1.344 5 1.350 6 1.358 7 1.365 8 1.372 9 1.378 10 1.386 11 1.405 12 1.413 13 1.420 14 1.428 15 1.435 16 1.442 17 1.449 18 1.456 19 1.464 20 1.470 21 1.477 22 1.483 23 1.531 24 1.537 25 1.558 26 1.566 27 1.587 28 1.595 29 1.602 30 1.609 Konsentrasi etilen

Konsentrasi Etilen [ppb] 839.72 832.54 831.81 836.77 854.35 851.05 851.48 851.41 851.35 855.54 849.49 850.94 827.56 826.91 887.78 883.19 865.79 872.07 844.03 840.87 865.69 868.54 854.28 855.75 859.87 862.86 853.10 852.21 860.42 862.70 (853 ± 15)


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 1 2 3

Waktu [jam] 0.013 0.020 0.027

4 0.034 5 0.042 6 0.050 7 0.071 8 0.079 9 0.088 10 0.095 11 0.103 12 0.110 13 0.117 14 0.125 15 0.132 16 0.139 17 0.147 18 0.154 19 0.160 20 0.167 21 0.188 22 0.195 23 0.202 24 0.209 25 0.232 26 0.239 27 0.246 28 0.254 29 0.291 30 0.298 Konsentrasi etilen

Konsentrasi Etilen [ppb] 194.21 194.47 201.38 195.98 195.83 200.93 193.06 194.08 197.46 197.14 197.07 197.94 191.85 189.53 191.59 188.55 195.96 207.05 203.30 203.31 196.22 192.98 202.37 208.00 206.64 204.72 203.35 198.17 208.60 204.34 (199 ± 6)


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 2 0.021 3 0.028 4 0.065 5 0.073 6 0.081 7 0.088 8 0.095 9 0.109 10 0.116 11 0.123 12 0.131 13 0.139 14 0.146 15 0.153 16 0.161 17 0.167 18 0.175 19 0.182 20 0.189 21 0.195 22 0.202 23 0.209 24 0.216 25 0.223 26 0.244 27 0.252 28 0.259 29 0.266 30 0.281 Konsentrasi etilen

489.17 489.79 483.73 489.49 474.26 470.39 492.14 478.15 477.23 472.55 478.05 486.77 485.90 484.75 482.08 490.99 488.52 488.90 486.62 476.03 473.64 480.88 478.80 480.73 482.20 480.87 488.53 490.91 471.74 476.37 (482 ± 6)


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)


49

LAMPIRAN 5

Contoh perhitungan: Dalam menghitung besarnya ketidakpastian setiap hasil pengukuran digunakan rumus ketidakpastian, yaitu:

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = �

∑(𝑋𝑋� − 𝑋𝑋𝑖𝑖 )2 (𝑛𝑛 − 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 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 15𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 (29)

Sehingga hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar dapat dituliskan menjadi (853 ± 15) ppb.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents