RANCANG BANGUN ALAT UKUR EMISI GAS BUANG, STUDI KASUS: PENGUKURAN GAS KARBON MONOKSIDA (CO) Irvan Adhi Eko Putro1, Imam Abadi, ST. MT.2 Program Studi D3 Teknik Instrumentasi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo-Surabaya 60111 Email : 1
[email protected], 2
[email protected] Abstrak Untuk mengetahui kadar konsentrasi gas karbon monoksida (CO), dibutuhkan alat yang dapat mengukur konsentrasi tersebut. Maka dalam penelitian ini dibuat alat ukur emisi gas buang, dengan studi kasus pengukuran gas karbon monoksida (CO). Alat ukur emisi gas buang ini menggunakan sensor gas MQ-7 sebagai sensor gas karbon monoksida (CO). Sedangkan mikrokontroler ATmega8535 sebagai kontroler dan pemroses sinyal, serta liquid crystal display (LCD) dengan karakter 4x20 berfungsi untuk penampil data. Berdasarkan pengujian sensor yang diperoleh, pada grafik didapatkan persamaan liniernya ketika gas dinaikkan yaitu y= -159,3x + 49,26 dan saat diturunkan adalah y= -116,7x + 40,22. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi gas maka nilai resistansi sensor semakin kecil, dan nilai tegangan output sensor akan meningkat. Selanjutnya berdasarkan pengujian alat ukur yang dibuat, diperoleh data nilai standar deviasi ( ) sebesar 0,07 %, nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1) adalah 0,016 %, dan nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2) yaitu sebesar 0,028 %. Kata kunci : gas karbon monoksida (CO), sensor gas MQ-7, mikrokontroler ATmega8535, ketidakpastian
mempunyai potensi bersifat racun yang berbahaya karena mampu membentuk ikatan yang kuat dengan pigmen darah yaitu hemoglobin[2]. Karbon monoksida (CO) diketahui dapat mempengaruhi kerja jantung (sistem kardiovaskuler), sistem syaraf pusat, janin, dan semua organ tubuh yang peka terhadap kekurangan oksigen. Pengaruh karbon monoksida (CO) terhadap sistem kardiovaskuler cukup nyata teramati walaupun dalam kadar rendah. Penderita penyakit jantung dan penyakit paru merupakan kelompok yang paling peka terhadap paparan karbon monoksida (CO)[3]. Gejala dari keracunan ringan meliputi sakit kepala dan mual-mual pada konsentrasi kurang dari 100 ppm. Konsentrasi serendah 667 ppm dapat menyebabkan 50% hemoglobin tubuh berubah menjadi karboksihemoglobin (COHb). Karboksihemoglobin cukup stabil, namun perubahan ini reversibel. Karboksihemoglobin tidaklah efektif dalam menghantarkan oksigen, sehingga beberapa bagian tubuh tidak mendapatkan oksigen yang cukup. Sebagai akibatnya, paparan pada tingkat ini dapat membahayakan jiwa. Di Amerika Serikat, organisasi Administrasi Kesehatan dan Keselamatan Kerja membatasi paparan di tempat kerja sebesar 50 ppm.
1. Pendahuluan Udara merupakan campuran beberapa kandungan gas. Tetapi terdapat juga gas yang berdampak negatif bagi manusia dan lingkungan. Gas yang berdampak negatif ini diakibatkan adanya pencemaran udara dari industri maupun transpotasi, seperti asap cerobong pabrik maupun asap kendaraan. Gas buang kendaraan merupakan salah satu polutan atau sumber pencemaran udara yang relatif besar. Udara polutan ini mengandung racun yang berbahaya bagi kesehatan manusia, terutama gas karbon monoksida (CO). Gas karbon monoksida (CO) ini merupakan salah satu sebab utama keracunan yang paling umum bagi kesehatan manusia. Standar emisi gas buang yang sering diukur dan dipantau dengan kandungan gas tertentu, yaitu senyawa hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), oksigen (O2) dan nitrogen dioksida (NO2). Untuk mengetahui konsentrasi emisi gas buang maka diperlukan alat ukur emisi gas, tetapi alat ini kebanyakan tidak efisien dalam penggunaannya karena bentuk dari alat yang terlalu besar dan harganya sangat mahal. Oleh karena itu dalam penelitian ini dibuat alat yang lebih sederhana, portable dan murah, yaitu alat ukur emisi gas buang yang berbasis mikrokontroler. Sehingga dengan alat ini dapat mengetahui tingkat atau konsentrasi emisi gas buang dengan mudah.
2.2 Emisi Gas Karbon Monoksida (CO) Menurut PP No.29 tahun 1986, pencemaran udara dapat juga diartikan berubahnya tatanan udara oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam sehingga kualitas udara menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan kegunaannya. Emisi ini berasal dari sumber polusi, yang utama berasal dari transportasi, dimana hampir 60% dari polutan yang dihasilkan terdiri dari karbon monoksida (CO) dan sekitar 15% terdiri dari hidrokarbon (HC). Menurut laporan WHO (1992) dinyatakan paling tidak 90% dari karbon monoksida (CO) di udara perkotaan berasal dari emisi kendaraan bermotor. Selain itu asap rokok juga mengandung karbon monoksida (CO), sehingga para perokok dapat memajan dirinya sendiri dari asap rokok yang sedang dihisapnya[2].
2. Tinjauan Pustaka 2.1 Gas Karbon Monoksida (CO) Karbon monoksida atau biasa disingkat CO, adalah gas yang tak berwarna, tak berbau, dan tak berasa. Gas ini terdiri dari satu atom karbon yang secara kovalen berikatan dengan satu atom oksigen. Dalam ikatan ini, terdapat dua ikatan kovalen dan satu ikatan kovalen koordinasi antara atom karbon dan oksigen. Karbon monoksida dihasilkan dari pembakaran tak sempurna dari senyawa karbon, sering terjadi pada mesin pembakaran dalam. Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran. Karbon monoksida mudah terbakar dan bersifat racun. Senyawa karbon monoksida (CO) 1
Di dalam peraturan menteri lingkungan hidup No.5 tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor lama terdapat peraturan tentang emisi gas buang, salah satunya adalah nilai ambang batas emisi gas buang[1]. Pada tabel 2.1 dijelaskan bahwa nilai-nilai ambang batas adalah sebagai berikut.
berfungsi untuk dihasilkan[9].
Tabel 2.1 Ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor[1] Kategori 2 tak 4 tak 2 & 4 tak
Tahun Pembuatan < 2010 < 2010 ≥ 2010
Parameter CO (%) HC (ppm) 4,5 12000 5,5 2400 5,5 2000
memperkuat
medan
magnet
yang
Gambar 2.2 Bagian-bagian transformator[9]
Metode Uji Idle Idle Idle
Dioda Penyearah Dioda adalah komponen elektronika yang hanya memperbolehkan arus listrik mengalir dalam satu arah sehingga dioda biasa disebut juga sebagai penyearah. Dioda terbuat dari bahan semikonduktor jenis silicon (Si) dan germanium (Ge).
2.3 Sensor Gas MQ-7
Gambar 2.3 Dioda penyearah[9] Gambar 2.1 Sensor gas MQ-7[6]
Regulator Regulator tegangan berfungsi untuk filter tegangan atau untuk menstabilkan tegangan agar tegangan yang ada selalu konstan. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian power supply dipakai IC regulator tegangan agar tegangan keluarannya stabil.
Sensor MQ-7 merupakan sensor gas karbon monoksida (CO) yang berfungsi untuk mengetahui konsentrasi gas karbon monoksida (CO). Dimana sensor ini salah satunya dipakai dalam memantau gas karbon monoksida (CO). Sensor ini memiliki sensitivitas tinggi dan waktu respon yang cepat. Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini adalah berupa sinyal analog. Sensor ini juga membutuhkan tegangan direct current (DC) sebesar 5V. Pada sensor ini terdapat nilai resistansi sensor (Rs) yang dapat berubah bila terkena gas dan juga sebuah pemanas yang digunakan sebagai pembersihan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar. Sensor ini memerlukan rangkaian sederhana serta memerlukan tegangan pemanas (power heater) sebesar 5V, resistansi beban (load resistance), dan output sensor dihubungkan ke analog digital converter (ADC), sehingga keluaran dapat ditampilkan dalam bentuk sinyal digital. Maka nilai digital yang berupa output sensor ini dapat ditampilkan pada sebuah liquid crystal display (LCD) atau alat penampil lainnya.
Gambar 2.4 IC regulator 78xx dan 79xx[10] Kapasitor
2.4 Pencatu Daya Pencatu daya adalah sebuah piranti elektronika yang berguna sebagai sumber daya untuk piranti lain, terutama daya listrik. Pada dasarnya pencatu daya bukanlah sebuah alat yang menghasilkan energi listrik saja, namun ada beberapa pencatu daya yang menghasilkan energi mekanik, dan energi yang lain[8].
Gambar 2.5 Kapasitor[12] Kapasitor ialah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan elektron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor berbeda dengan akumulator dalam menyimpan muatan listrik terutama tidak terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor, besarnya kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam farad. Pengertian lain kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik.
Transformator Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu kumparan primer yang bertindak sebagai input, kumparan sekunder yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang 2
Liquid crystal display (LCD) merupakan sejenis crystal yang akan berpendar jika diberi tegangan tertentu, sehingga perpendaran tersebut dapat diatur untuk membentuk karakter, angka, huruf dan lain sebagainya. Liquid crystal display (LCD) yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah menggunakan liquid crystal display (LCD) dengan banyak baris dan karakter adalah 4x20 seperti pada gambar 2.7.
2.5 Mikrokontroler ATmega8535
2.7 Teori Ketidakpastian Tujuan untuk dilakukannya kalibrasi adalah untuk mencapai ketertelusuran pengukuran. Hasil dari pengukuran dapat ditelusur sampai ke standar yang lebih teliti. Manfaat kalibrasi adalah untuk mendukung sistem mutu yang diterapkan di berbagai industri pada peralatan laboratorium dan produksi yang dimiliki. Dalam melakukan kalibrasi, bisa diketahui seberapa jauh perbedaan atau penyimpangan antara harga benar dengan harga yang ditunjukkan oleh alat ukur. Selain itu, kalibrasi juga dilakukan untuk mengetahui nilai ketidakpastian. Untuk mengetahui nilai atau harga ketidakpastian, yaitu dengan langkah pertama mencari nilai standar deviasi , dengan menggunakan persamaan 2.2.
Gambar 2.6 Konfigurasi pin pada mikrokontroler AVR ATmega8535[5] Gambar 2.6 adalah merupakan konfigurasi mikrokontroler ATmega8535 yang memiliki 40 pin dan 4 port dengan susunan seperti dijelaskan sebagai berikut: VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. GND merupakan pin ground Port A (PA0 ...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC. Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator Analog dan SPI. Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan Timer Oscillator. Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC
2 x x n 1
(2.2)
Dimana: = Nilai data x dikurangi nilai rata-rata x. = Jumlah data x Langkah kedua adalah menghitung nilai ketidakpastian pada hasil pengukuran (UA1), dengan menggunakan persamaan 2.3.
UA1
(2.3)
n
Langkah ketiga adalah menghitung nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2). Adapun tahapan untuk mencari nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2), yaitu pertama menggunakan persamaan regresi (Yreg), seperti pada persamaan 2.4.
2.6 Liquid Crystal Display (LCD) Untuk menampilkan hasil dari suatu nilai pengukuran, membutuhkan tampilan (display) berupa liquid crystal display (LCD).
y reg a bx
(2.4)
Untuk menghitung nilai persamaan regresi (Yreg), sebelumnya mencari nilai a dan b. Tetapi untuk mencari nilai a, harus mencari nilai b dahulu. Seperti pada persamaan 2.5.
b Gambar 2.7 Liquid crystal display (LCD) Character 4x20 3
n xy x y 2 2 n x x
(2.5)
Sehingga setelah nilai b diketahui, maka selanjutnya menghitung nilai a dengan persamaan 2.6. a y bx
3.1 Perancangan Alat Dalam perancangan dalam pembuatan penelitian ini yaitu alat ukur emisi gas buang, terdiri atas perancangan mekanik (hardware) yang meliputi perancangan eletrik dan perancangan software. Perancangan ini mempunyai gambaran perancangan hardware, yang didalamnya ada beberapa rangkaian elektrik yang medukung alat ini, yaitu seperti gambar 3.2 dibawah ini.
(2.6)
Setelah nilai persamaan regresi (Yreg) dihitung, kemudian mencari nilai nilai sum square residual (SSR), persamaan untuk mencari SSR seperti pada persamaan 2.7.
2
SSR R
(2.7)
Setelah nilai sum square residual (SSR) diketahui, maka bisa dilanjutkan dengan menghitung niai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2), dengan menggunakan persamaan 2.8 berikut:
UA2
SSR n2
(2.8) Gambar 3.2 Perancangan hardware alat ukur
3. Perancangan Dan Pembuatan Alat Gambar 3.1 berikut adalah merupakan flowchart dari perancangan dan pembuatan penelitian ini.
Pada gambar 3.2 merupakan bentuk umum alat ukur emisi gas buang, perancangan mekanik terdiri dari beberapa komponen mekanik seperti box, LCD, dan sensor. Box disini berfungsi sebagai tempat komponen dan rangkaian eletrik. Selain perancangan mekanik, terdapat juga perancangan eletrik yang meliputi rangkaian power supply, rangkaian minimum sistem mikrokontroler, rangkaian driver sensor, dan rangkaian LCD. Dan untuk menjalankan sistem juga terdapat perancangan software yang menggunakan C Compiler. Alat ukur ini mempunyai prinsip kerja seperti diagram blok pada gambar 3.3. Pada gambar 3.3 merupakan diagram blok sistem pengukuran yang digunakan pada rancang bangun alat ukur emisi gas buang ini. Diagram blok ini memiliki beberapa bagian penting yaitu sensor, sinyal pengkondisian, sinyal pemrosesan dan representasi data atau display.
Gambar 3.3 Diagram blok alat ukur 3.2 Perancangan dan Pembuatan Elektrik Perancangan dan pembuatan elektrik meliputi dari pembuatan rangkaian power supply, rangkaian minimum sistem dari mikrokontroler ATmega8535, rangkaian sensor atau rangkaian pengkondisian sinyal, dan rangkaian LCD. 3.2.1 Rangkaian power supply
Gambar 3.1 Flowchart perancangan dan pembuatan alat
Gambar 3.4 Rangkaian Power supply
4
Pada gambar 3.4 adalah gambar dari power supply yang digunakan dalam tugas akhir ini. Power supply ini mempunyai ouput tegangan DC yaitu 5 Volt dan 12 Volt. Komponen-komponen yang digunakan dalam rangkaian power supply ini antara lain transformator 1 A, kapasitor 4700 uF, regulator 7805, regulator 7812 dan dioda penyearah. 3.2.2 Rangkaian minimum sistem pada mikrokontroler AVR ATmega8535 Gambar 3.5 adalah minimum sistem dari mikrokontroler ATmega8535 yang digunakan dalam penelitian rancang bangun ini alat ukur emisi gas buang ini, dengan studi kasus pengukuran gas karbon monoksida.
Gambar 3.8 Rangkaian sensor gas MQ-7[6] 3.2.4 Rangkaian liquid crystal display (LCD)
Gambar 3.9 Bentuk LCD karakter 4x20 Pada gambar 3.9 merupakan LCD 4x20, LCD ini digunakan pada alat peneltian tugas akhir ini. LCD ini mempunyai 4 baris dan 20 kolom atau karakter. Untuk menampilkan data ke LCD membutuhkan rangkaian LCD seperti gambar 3.10. Untuk menghubungan LCD ke mikrokontroler, dibutuhkan dengan port A, port B, port C, dan port D dari mikrokontroler ATmega8535. Tapi dalam tugas akhir digunakan port C untuk menghubungkan ke mikrokontroler ATmega8535. Pada gambar 3.7 adalah rangkaian yang dapat menghubungkan ke mikrokontroler dengan konfigurasi pin yang ada pada LCD.
Gambar 3.5 Modul minimum sistem mikrokontroler AVR ATmega8535 Untuk mengisi program kedalam mikrokontroler ATmega8535 dibutuhkan rangkaian downloader seperti gambar 3.6.
Gambar 3.6 Modul downloader USB AVR 910 3.2.3 Rangkaian sensor gas MQ-7
Gambar 3.10 Rangkaian liquid crystal display (LCD)[15] 3.3 Perancangan Dan Pembuatan Sofware Perancangan software dibutuhkan karena untuk menjalankan alat tugas akhir ini. Program disini berfungsi menjalankan sistem melalui mikrokontroler ATmega8535, yang nantinya chip mikrokontroler tersebut akan diisi program perintah yang diinginkan.
Gambar 3.7 Modul sensor gas MQ-7 Pada gambar 3.7 adalah rangkaian sensor pada sensor gas MQ-7. Rangkaian ini bisa disebut rangkaian pengkondisian, rangkaian ini dibutuhkan agar sinyal yang masuk ke ADC mikrokontroler ATmega8535 dapat dibaca, maka sinyal tegangan harus dikondisikan sesuai spesifikasi ADC mikrokontroler ATmega8535 yaitu 0-5 Volt. Berikut gambar 3.8 adalah rangkaian pada sensor MQ-7.
4. Pengujian Alat Dan Analisa Data Setelah pembuatan rancangan alat, maka langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian alat dan analisa data dari alat yang telah dibuat seperti gambar 4.1. Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui bahwa rancang bangun alat ukur emisi gas buang tersebut bekerja sesuai 5
dengan perancangan sistem yang dibuat. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian terhadap hardware maupun pengujian software, kemudian analisa pembahasan terhadap data yang diperoleh.
(x x)
2
UA1
0,8 10
4
0,00447 volt 4 n 1 Dan selanjutnya mencari nilai ketidakpastian pengukuran (UA1) seperti persamaan 2.3, dan hasilnya adalah sebesar 0,002 volt. Berikut adalah perhitungan untuk UA1.
0,00447
n
0,002 volt
5
Selanjutnya adalah pengujian power supply 12 V seperti pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Pengujian power supply 12 V Tegangan Simpangan Simpangan Kuadrat Terukur ( ), , No. ( ), 2 (volt) (volt) (volt) 1. 11,96 0,002 0,04 x 10-4
Gambar 4.1 Alat ukur emisi gas buang 4.1 Pengujian Alat Dalam pengujian ini, meliputi pengujian power supply, pengujian sensor, dan pengujian alat ukur. Pengujian alat atau kalibrasi ini dilakukan untuk mengetahui perbedaan atau penyimpangan dari suatu nilai yang sebenarnya dengan nilai alat ukur yang ditunjukkan.
2.
11,96
0,002
0,04 x 10-4
3.
11,95
-0,008
0,64 x 10-4
4.
11,96
0,002
0,04 x 10-4
5.
11,96
0,002
0,04 x 10-4
= 11,958 4.1.1 Pengujian power supply Dalam pengujian power supply ini adalah power supply dengan tegangan keluaran 5 V dan 12 V.
Pada tabel 4.2 merupakan data pengujian power supply 12V, dari data ini dapat dihitung nilai standar deviasi seperti persamaan 2.2. Sehingga berdasar perhitungan nilai standar deviasi ( ) diketahui sebesar 0,00447 volt. Dan berdasar perhitungan di bawah ini, dihasilkan nilai ketidakpastian pengukuran (UA1) sebesar 0,002 volt.
Tabel 4.1 Pengujian power supply 5 V Tegangan Simpangan Simpangan Kuadrat Terukur ( ), , No. ( ), (volt) (volt)2 (volt) 1. 4,99 -0,002 0,04 x 10-4 4,99
-0,002
0,04 x 10
3.
4,99
-0,002
0,04 x 10-4
4.
5,00
0,008
0,64 x 10-4
5.
4,99
-0,002
0,04 x 10-4
= 4,992 V
Σ
4.1.2 Pengujian sensor gas MQ-7 Pengukuran dilakukan dengan pengambilan data ketika gas dinaikkan dan diturunkan. Data yang diambil dari pengujian sensor ini, pertama adalah mengambil data konsentrasi gas pada alat ukur yang standar. Kemudian mengukur tegangan yang keluar dari sensor MQ-7. Berikut tabel 4.3 adalah data yang telah diambil dalam pengujian sensor MQ-7 ketika gas dinaikkan.
-4
2.
= 0,8 x 10-4 V2
Σ
= 0,8 x 10-4 V2
Tabel 4.3 Pengujian sensor gas MQ-7 ketika gas dinaikkan
Berdasarkan data pada tabel 4.1 pengujian power supply 5 volt di atas, sesuai perhitungan didapatkan nilai tegangan rata-rata yang diukur ( ) yaitu sebesar 4,992 volt,
No.
dan jumlah nilai simpangan kuadrat (Σ ) sebesar 0,8 x 10-4 volt2. Kemudian dihitung nilai standar deviasi dengan persamaan 2.2. Sehingga nilai standar deviasinya ( ) yang dihasilkan yaitu 0,00447 volt. Dibawah ini adalah
1. 2. 3. 4. 5.
perhitungan untuk mencari nilai standar deviasi ( ).
Konsentrasi gas pada alat standar (x), (%) 0,137 0,181 0,185 0,216 0,243
*RO = 1 kΩ
6
VRL Sensor MQ-7 (Volt) 1,29 1,70 1,75 2,04 2,30
Rs/Ro
y
Simpangan ((Rs/Ro)-y)
28,76 19,41 18,57 14,51 11,74
27,44 20,43 19,79 14,85 10,55
1,32 -1,02 -1,22 -1,28 1,19
Dalam tabel 4.3 adalah data pengujian sensor MQ-7 ketika gas dinaikkan. Dari data tersebut dihitung dengan mencari resistansi sensor (Rs). Tegangan VRL adalah nilai tegangan yang keluar dari sensor (Vout).
RS
Dalam tabel 4.4 merupakan data pengujian sensor MQ-7 ketika gas dinaikkan. Dari data tersebut dihitung dengan mencari resistansi sensor (Rs). Setelah nilai Rs dihasilkan maka dapat dibuat grafik karakteristik sensor seperti gambar 4.3.
(VC V RL ) 5 1,29 10 28,76 kΩ RL V RL 1,29
Jadi dapat dihitung nilai Rs dan kemudian dapat dibuat grafik karakteristik sensor dengan menunjukkan perbandingan antara nilai Rs dengan konsentrasi gas (%).
Gambar 4.3 Grafik karakteristik sensor MQ-7 ketika gas diturunkan Pada gambar 4.3 merupakan grafik karakteristik sensor ketika gas diturunkan. Grafik ini membandingkan antara Rs yaitu resistansi sensor dengan konsentrasi gas (%). Berdasar perhitungan dihasilkan nilai resistansi sensor paling besar (y) dengan memasukkan nilai konsetrasi gas (x), yaitu sebesar 19,10.
Gambar 4.2 Grafik karakteristik sensor MQ-7 ketika gas dinaikkan
4.1.3 Pengujian alat ukur Pada tabel 4.5 adalah data yang telah diambil ketika pengujian alat ukur.
Pada gambar 4.2 menunjukkan grafik karakteristik sensor ketika gas dinaikkan. Grafik ini membandingkan antara Rs yaitu resistansi sensor dengan konsentrasi gas (%). Dari grafik tersebut dapat diketahui persamaan linier yaitu y = -129,3x + 49,26 dengan nilai R2= 0,965. Ketika sudah didapatkan persamaan liniernya yaitu selanjutnya memasukkan nilai konsentrasi gas (x) kedalam persamaan tersebut. Dari persamaan linier yang didapat, berdasar perhitungan dihasilkan nilai resistansi paling besar (y) yaitu sebesar 27,44. Sehingga penyimpangan dari titik nilai resistansi paling besar berdasarkan persamaan 2.1 dengan persamaan linier yang didapatkan dari grafik, sebesar 1,32. Selanjutnya pengujian dilakukan ketika gas diturunkan, yang bertujuan mengetahui karakteristik dari sensor, agar sesuai dengan datasheet sensor tersebut. Berikut adalah tabel 4.4 yang merupakan data pengujian sensor gas MQ-7 ketika gas diturunkan.
Tabel 4.5 Pengujian alat ukur data kalibrator dan data uji Data Data Kalibrator Uji ( , ( ), (%) (%) (%) (%) (%) 0,212 0,219 -0,007 -0.131 0,017161 0,213 0,228 -0,015 -0,122 0,014884 0,223 0,234 -0,011 -0,116 0,013456 0,232 0,238 -0,006 -0,112 0,012544 0,237 0,314 -0,077 -0,036 0,001296 0,237 0,326 -0,089 -0,024 0,000576 0,275 0,328 -0,053 -0,022 0,000484 0,314 0,361 -0,047 0,011 0,000121 0,355 0,371 -0,016 0,021 0,000441 0,355 0,375 -0,002 0,025 0,000625 0,365 0,387 -0,022 0,037 0,001369 0,365 0,389 -0,024 0,039 0,001521 0,406 0,391 0,015 0,041 0,001681 0,406 0,404 0,002 0,054 0,002916 0,412 0,410 0,002 0,06 0,0036 0,413 0,412 0,001 0,062 0,003844 0,415 0,414 0,001 0,064 0,004096 0,416 0,420 -0,004 0,07 0,0049 0,420 0,424 -0,004 0,074 0,005476 0,425 0,426 -0,001 0,076 0,005776 Σ = 0,096767 %
Tabel 4.4 Pengujian sensor gas MQ-7 ketika gas diturunkan No. 1. 2. 3. 4. 5.
Konsentrasi gas pada alat standar (x), (%) 0,247 0,247 0,243 0,187 0,181
VRL Sensor MQ-7 (Volt) 2,34 2,33 2,29 1,77 1,71
Rs/R o
y
Simpangan ((Rs/Ro)-y)
11,37 11,46 11,83 18,24 19,24
11,39 11,39 11,86 18,40 19,10
-0,02 0,07 -0,03 -0,16 0,14
*RO = 1 kΩ
7
Pengujian alat ukur ini adalah membandingkan nilai konsentrasi gas dari alat yang standar dengan alat yang dibuat dengan sumber gas yang sama. Pengujian alat ukur ini adalah membandingkan nilai konsentrasi gas dari alat yang standar dengan alat yang dibuat dengan sumber gas yang sama. Dari tabel 4.5 dapat dicari nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1), tetapi untuk mencari nilai UA1 harus ada nilai standar deviasinya ( ), sehingga dapat diketahui nilai yang dihasilkan yaitu sebesar 0,07 %. Sehingga nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1) yang dihasilkan yaitu sebesar 0,016 %. Nilai ketidakpastian hasil pengukuran ini adalah ketidakpastian saat dilakukannya pengukuran secara berulang-ulang. Sedangkan untuk mencari nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2), harus mencari nilai persamaan regresi (Yreg) dan sum square residual (SSR), sehingga dapat menghitung nilai UA2. Dan untuk menghitung nilai Yreg harus ada nilai a dan b. Berikut tabel 4.6 adalah data pengujian untuk mencari nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2).
4.1.4 Pengambilan data pada alat ukur Pengambilan data pada alat ukur ini dengan cara membuat variasi pengukuran berdasar jarak dan pembacaan berulang sebanyak 10 kali.
Pembacaan Alat Ukur (%)
Tabel 4.7 Data pengukuran konsentrasi gas terhadap variasi jarak Jarak (cm) Ke 0 5 10 15 0,226 0,208 0,183 0,169 1 0,228 0,198 0,173 0,169 2 0,224 0,201 0,179 0,163 3 0,224 0,203 0,173 0,163 4 0,232 0,208 0,175 0,167 5 0,220 0,185 0,179 0,167 6 0,214 0,201 0,173 0,161 7 0,214 0,195 0,177 0,161 8 0,218 0,198 0,171 0,169 9 0,222 0,199 0,177 0,167 10 Rata-rata ( ), 0,2222 0,1996 0,176 0,1654 (%) 0,0058 0,0066 0,0037 0,0033 S. Deviasi, (%) Ketidakpastian 0,0018 0,0021 0,0012 0,0010 Pengukuran (UA1), (%)
Tabel 4.6 Pengujian alat ukur untuk nilai pehitungan UA2 , y, , , (%) (%) (%) (%) (%) -0,001533 0,047961 -0,028 0,021 0,000441 -0,00342 0,051984 -0,027 0,012 0,000144 -0,002574 0,054756 -0,027 0,016 0,000256 -0,001428 0,056644 -0,026 0,02 0,0004 -0,024178 0,098596 -0,019 -0,058 0,0034 -0,029014 0,106276 -0,017 -0,072 0,0052 -0,017384 0,107584 -0,017 -0,036 0,0013 -0,016967 0,130321 -0,014 -0,033 0,0011 -0,005936 0,137641 -0,0129 -0,003 0,0000096 -0,0075 0,140625 -0,0125 -0,0075 0,000056 -0,008514 0,149769 -0,011 -0,011 0,00012 -0,009336 0,151321 -0,011 -0,013 0,00017 0,005865 0,152881 -0,0109 0,0259 0,00067 0,000808 0,163216 -0,0096 0,0116 0,00013 0,00082 0,1681 -0,009 0,011 0,00012 0,000412 0,169744 -0,0088 0,0098 0,000096 0,000414 0,171396 -0,0086 0,0096 0,000092 -0,00168 0,1764 -0,0084 0,0044 0,000019 -0,001696 0,179776 -0,008 0,004 0,000016 -0,000426 0,181476 -0,0075 0,0065 0,00004 Σ(R2)= Σ(xy) = -0,123267 Σ(x2) = 2,596467 ,01378
Dari tabel 4.7 di atas menunjukkan nilai standar deviasi dan UA1 masing-masing jarak pengukuran. Dan untuk nilai rata-rata nilai standar deviasi keseluruhan berdasarkan perhitungan dihasilkan sebesar = 0,00485 %, dan nilai rata-rata UA1 yang dihasilkan sebesar 0,001525 %. Pengambilan data ketika gas dinaikkan dengan jarak yang sama seperti tabel 4.7, yaitu 0 cm, 5 cm, 10 cm, dan 15 cm. Tabel 4.8 adalah data pengukuran konsentrasi gas ketika gas dinaikkan terhadap variasi masing-masing jarak, data yang diperoleh adalah sebagai berikut.
Pembacaan Alat Ukur (%)
Tabel 4.8 Data pengukuran konsentrasi gas ketika gas dinaikkan
Tabel 4.6 merupakan data nilai perhitungan ketidakpastian pendekatan regresi (UA2). Kemudian mencari nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2) harus mengetahui nilai a dan b terlebih dahulu. Berdasarkan perhitungan, maka persamaan regresi (Yreg) diketahui yaitu -0,05 + 0,1x. Dan untuk mencari nilai R adalah nilai Y dikurangi nilai Yreg atau (y - yreg), serta nilai sum square residual (SSR) adalah sebesar 0,01378 % dari nilai Σ(R2), dan nilai ketidakpastian pendekatan regresi berdasarkan perhitungan yang dihasilkan adalah sebesar UA2= 0,028 %.
Rata-rata ( ), (%) S. Deviasi, (%) Ketidakpastian Pengukuran (UA1), (%)
Jarak (cm) 0 0,232 0,330 0,338 0,358 0,408
5 0,226 0,232 0,306 0,308 0,310
10 0,177 0,234 0,236 0,246 0,259
15 0,173 0,197 0,201 0,203 0,210
0,3332
0,2764
0,2304
0,1968
0,064
0,043
0,031
0,014
0,028
0,019
0,014
0,006
Dari tabel 4.8 adalah data pembacaan ketika gas dinaikkan terhadap variasi jarak, data ini dapat dihitung 8
nilai standar deviasinya serta dapat juga dihitung nilai ketidakpastian hasil pengukurannya. Sehingga berdasar perhitungan nilai rata-rata standar deviasi yang dihasil sebesar 0,038 % dan rata-rata ketidakpastian pengukuran (UA1) yang diperoleh adalah 0,01675 %.
[9]
, diakses pada tanggal 15 April 2012. [10] <www.scribd.com/doc/56068184/Dioda-AdalahKomponen-Elektronika-Yang-HanyaMemperbolehkan-Arus-Listrik-Mengalir-Dalam-SatuArah-Sehingga-Dioda-Biasa-Disebut-Juga-Sebagai>, diakses pada tanggal 15 April 2012. [11], diakses pada tanggal 15 April 2012. [12] , diakses pada tanggal 15 April 2012. [13], diakses pada tanggal 17 April 2012. [14], diakses pada tanggal 22 April 2012. [15] , diakses pada tanggal 22 April 2012.
5. Kesimpulan Setelah melakukan pengujian dan penganalisaan terhadap data yang telah didapat pada penelitian ini, yaitu rancang bangun alat ukur emisi gas buang dengan studi kasus pengukura gas karbon monoksida (CO), maka didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut: 1. Alat ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut yaitu: Berdasarkan pengujian sensor, diperoleh persamaan linier ketika gas dinaikkan yaitu y = 159,3x + 49,26 dan saat gas diturunkan adalah y = -116,7x + 40,22. Dari persamaan linier tersebut, bahwa semakin besar nilai konsentrasi gas maka semakin kecil nilai resistansi sensor. Selain itu, semakin besar nilai tegangan output sensor maka semakin besar nilai konsentrasi gas tersebut. Berdasarkan pengujian alat ukur yang dibuat, diperoleh nilai standar deviasi ( ) sebesar 0,07 %, nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1) yaitu 0,016 %. Sedangkan nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2) adalah sebesar 0,028 %. 2. Berdasarkan hasil pengujian sensor dan pengujian alat ukur, bahwa alat ukur emisi gas buang yang dibuat, dengan studi kasus pengukuran gas karbon monoksida (CO) dapat bekerja dengan baik.
7. Biodata Penulis Nama penulis Irvan Adhi Eko Putro. Penulis dilahirkan di kota Tuban tanggal 14 oktober 1990. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Bina Karya Surabaya, SDN Kedungsoko 01 Tuban, SMPN 2 Widang-Tuban, dan SMAN 1 Babat-Lamongan. Tahun 2009 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2009 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya (ITS) dengan Program Studi D3 Teknik Instrumentasi, Jurusan Teknik Fisika-Fakultas Teknologi Industri. Penulis terdaftar dengan NRP. 2409030052. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085853777800 atau melalui via email: [email protected].
6. Daftar Pustaka [1] Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 6 Tahun 2006 Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Lama. [2] Parameter Pencemar Udara Dan Dampaknya Terhadap Kesehatan, . [3] A. Tri Tugaswati. “Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Dan Dampaknya Terhadap Kesehatan”, . [4] Margaretha S. “Analisis Karbon Monoksida (CO) Dalam Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Dengan Sensor Gas Semikonduktor”, [5] M. Ary Heryanto, ST & Ir. Wisnu Adi P. 2008. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMega8535. Yogyakarta : Andi. [6] Datasheet Sensor Gas MQ-7. [7] , diakses pada tanggal 15 April 2012. [8] , diakses pada tanggal 15 April 2012. 9
