11 Mei 2010 ... Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika Dan ... dan
menyelesaikan pendidikan pada Program Magister Ilmu Kimia.
ANALISIS KARBON MONOKSIDA (CO) DALAM EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR
TESIS
Oleh :
MARGARETHA SURATMI 087006017/KIM
PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS KARBON MONOKSIDA (CO) DALAM EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh :
MARGARETHA SURATMI 087006017/KIM
PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada Tanggal 11 Mei 2010
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua
: Prof . Dr. Halem Marpaung
Anggota
:1. Henry Hasian Lumbantoruan, ST, MT 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D 3. Prof. Dr. Harry Agusnar, MSc, M.Phil 4. Prof. Dr. Yunazar Manjang 5. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
ANALISIS KARBON MONOKSIDA (CO) DALAM EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali disebutkan sumbernya dalam daftar pustaka.
Medan,
Mei 2010
Penulis
(Margaretha Suratmi)
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama
: Margaretha Suratmi
NIM
: 087006017
Program Studi
: Magister Ilmu Kimia
Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non – Eksklusif (Nonexclusif Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul : ANALISIS KARBON MONOKSIDA (CO) DALAM EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan,
Mei 2010
(Margaretha Suratmi )
Universitas Sumatera Utara
vi
Judul Tesis
:
ANALISIS KARBON MONOKSIDA (CO) DALAM EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR
Nama Mahasiswa NIM Program Program Studi
: : : :
MARGARETHA SURATMI 087006017 Magister (S-2) Ilmu Kimia
Menytujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Harlem Marpaung) NIP.19480414 197403 1 001 Ketua
Ketua Program Studi
(Prof. Basuki Wrjosentono, MS, Ph.D) NIP. 19520418 198002 1 001
(Henry Hasian Lumbantoruan, ST, MT) NIP. 19721114 200112 1 001 Anggota
Dekan, FMIPA USU
(Prof. Dr. dr. Eddy Marlianto, MSc) NIP. 19550317 198601 1 001
Tanggal lulus : 11 Mei 20
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Makuasa karena atas kebaikan dan kasihnya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Gubernur Sumatera Utara c.q Ketua Bappeda Provinsi Sumatera Utara yang memberikan bantuan dana sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Ilmu Kimia Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Rektor Universitas Sumatara Utara Prof. Dr.dr.Syahril Pasaribu DTM & H. MSc (CTM).Sp.A (K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan pada Program Magister Ilmu Kimia. Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. Eddy Marlianto MSc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara . Ketua Program Studi Magister Kimia Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Sekretaris Program Studi Prof. Dr. Harry Agusnar, MSc, M.Phil beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Kimia. Pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Prof. Dr. Harlem Marpaung selaku pembimbing utama dan kepada Henry Hasian Lumbantoruan ST, MT, selaku pembimbing dua yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian dan tesis ini. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Faisal selaku Kepala Laboratorium Fisika di Balai Teknik Kesehatan Lingkungan (BTKL) Depkes Medan yang telah membantu dalam pengadaan kelengkapan alat serta pengoperasiannya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada Drs.L.M. Sitohang beserta guru dan pegawai atas dukungan dan bantuan doa hingga tesis ini diselesiakan. Kepada suami tercinta TH.Teddy Bambang Soejadi, SKM, M.Kes dan kepada anak-anakku terkasih, terimakasih atas segala pengorbanan dan doa kalian baik berupa moril maupun materil, hanya Tuhanlah yang dapat membalas budi baik kalian.
Margaretha Suratmi
vii Universitas Sumatera Utara
ANALISIS KARBON MONOKSIDA (CO) DALAM EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR
ABSTRAK
Telah dilakukan analisis kuantitatif gas karbon monoksida (CO) dalam emisi gas buang kendaraan bermotor.Penelitian ini dilakukan untuk mengukur konsentrasi gas CO dari gas buang mobil kijang dengan tahun yang berbeda tetapi ukuran silinder ( CC) yang sama. Metoda yang digunakan untuk mengukur gas karbon monoksida (CO) dari emisi gas buang kendaraan bermotor yaitu sensor gas semi konduktor jenis TGS 2201 keluaran Figaro. Sensor ini digunakan untuk mendeteksi gas buang CO dari kendaraan berbahan bakar bensin maupun solar. Sebagai sensor pembanding digunakan sensor IR untuk mengukur konsentrasi gas CO. Untuk proses ADC dan untuk pengambilan data yang akan dikirim ke komputer digunakan mikrokontroler jenis AT Mega 8535, selanjutnya pengolahan data dilakukan pada komputer. Penelitian dilakukan dengan mengukur konsentrasi gas CO dari mobil kijang LSX tahun 2001 dan mobil kijang LGX tahun 2004 dengan 5 variasi konsentrasi dari 5 variasi putaran mesin atau rpm. Ternyata pada putaran mesin 950-1050; 1950-2050; 2950-3050; 3950-4050; 4950-5050 rpm diperoleh konsentrasi gas CO 1098; 1510; 1610,1970; dan 4840 ppm. Dan harga resistansi sensor diperoleh sebesar 1937,56; 1322,31; 1195,71, 1003,63; 611,75 ohm. Dari variasi konsentrasi gas CO yang diperoleh menunjukkan bahwa dengan semakin meningkatnya konsentrasi gas CO mengakibatkan harga resistansi sensor semakin menurun. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa konsentrasi gas CO dari emisi gas buang mobil LSX tahun 2001 dan mobil kijang LGX tahun 2004 dapat diukur dengan sensor IR dan sensor TGS 2201. Perbedaan konsentrasi gas CO yang dihasilkan dari kedua jenis mobil jelas terlihat dari data yang peroleh. Gas CO dari mobil LSX tahun 2001 lebih banyak dihasilkan dibandingkan mobil kijang LGX tahun 2004.
Kata kunci : Gas CO, Konsentrasi, Alat Uji Emisi IR, Sensor TGS 2201.
viii Universitas Sumatera Utara
ANALYSIS OF CARBON MONOXIDE (CO) IN THE EXHAUST EMISSIONS OF MOTOR VEHICLES WITH A SEMICONDUCTOR GAS SENSOR
ABSTRACT
Quantitative analysis has been done carbon monoxide (CO) gas in exhaust gas emissions of motor vehicles. This research was conducted to measure the gas concentration CO from exhaust gas CO kijang cars that have different year but similar CC. The method used to detect CO gas from vehicle emission is TGS 2201 semiconductor sensor obtained from Figaro product. This sensor is used to detect CO gas emission from the vehicle with gasoline or diesel. As a comparison, IR sensor is used to measure CO gas concentration. For ADC processing and to access data were sent to computer, AT Mega 8535 microcontroller was used. Then processing data was done with computer. This research was done by measuring the concentration of CO from a 2001 LSX kijang car and a 2004 LGX kijang car with 5 varied concentrations and 5 different engine rotations. Fact found of engine rotations 9501050; 1950-2050; 2950-3050; 3950-4050; 4950-5050 rpm, the gas concentrations CO 1098; 1510; 1610,1970; dan 4840 ppm. And the price found of the sensor resistance sensor 1937,56; 1322,31; 1195,71; 1003,63; 611,75 ohm. From the concentration variations CO gas indicated that CO gas concentration gets higher it causes sensor resistance value to get lower. From this research it can be summerized that CO gas concentration from the emissions of a 2001 LSX kijang car and a 2004 LGX kijang car can be measured with both IR sensor and TGS 2201 sensor. The difference from CO gas concentration produced by both cars can be clearly seen from the research data that a 2001 LSX kijang car produces more CO gas than a 2004 LGX kijang car.
Keyword Contents : CO gas, concentration, IR emission test ,TGS 2201 sensor
ix Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama lengkap berikut gelar : Dra. Margaretha Suratmi Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan, 25 Mei 1964
Alamat Rumah
: Jln. Kasuwari No. 51 Medan
Telepon/ Faks/ HP
: (061) 8463555 / 085830133280
Email
:
[email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: SMA St. Thomas-2 Medan
Alamat Kantor
: Jln. S. Parman No. 107
Telepon/Faks/HP
: (061) 4576517
DATA PENDIDIKAN SD
: St. Antonius Medan
Tamat
: 1976
SMP
: St. Thomas I Medan
Tamat
: 1979
SMA
: St. Thomas II Medan
Tamat
: 1983
Strata-I
: IKIP Negeri Medan
Tamat
: 1988
Strata-2
: Pasca Sarjana FMIPA USU
Tamat
: 2010
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR
vii
ABSTRAK
viii
ABSTRACT
ix
DAFTAR ISI
x
DAFTAR TABEL
xiii
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
BAB I
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Permasalahan
5
1.3
Pembatasan Masalah
6
1.4
Tujuan Penelitian
6
1.5
Manfaat Penelitian
6
1.6
Metodologi Penelitian
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
8
2.1
Emisi Gas Ruang Kendaraan Bermotor
8
2.2
Gas Karbon Monoksida (CO)
10
2.3 Bahan Bakar Bensin
14
x Universitas Sumatera Utara
2.4 Sensor Gas Semikonduktor
BAB III
15
2.4.1 Cara kerja sensor gas secara umum
16
2.5
Mikrokontroler At Mega-8535
22
2.6
Alat Uji Emisi Dengan Sensor IR
23
METODOLOGI PENELITIAN
25
3.1 Lokasi Penelitian
25
3.2
Alat Dan Bahan
25
3.2.1
Alat – alat yang digunakan
25
3.2.2
Bahan – bahan yang digunakan
26
3.3 Prosedur Penelitian
26
3.3.1 Pengukuran Konsentrasi gas CO dengan alat uji emisi Gas buang kendaraan bermotor 26 3.3.2 Proses Pembuatan Kurva Kalibrasi 3.3.2.1
27
Pembuatan kurva kalibrasi untuk mobil jenis Kijang LSX 2001
3.3.2.2 Pengukuran kurva kalibrasi mobil Kijang LGX 2004 3.3.3 Pengolahan data
BAB IV
27
29 32
3.4 Bagan Penelitian
34
HASIL DAN PEMBAHASAN
39
4.1 Hasil Penelitian
39
4.1.1 Pengukuran konsentrasi gas CO
39
4.1.2 Pengukuran resistansi sensor
40
xi Universitas Sumatera Utara
BAB V
4.1.2.1 Pengukuran Data Tegangan Sensor
40
4.1.2.2 Pengukuran Harga Resistansi Sensor
41
KESIMPULAN DAN SARAN
47
5.1 Kesimpulan
47
5.2 Saran
47
DAFTAR PUSTAKA
49
LAMPIRAN
L-1
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Nomor Tabel 4.1
Judul
Halaman
Data hasil pengukuran konsentrasi gas CO dari asap Mobil Kijang LSX 2001, 1800 CC
39
Data hasil pengukuran konsentrasi gas CO dari asap Mobil Kijang LGX 2004, 1800 CC
39
4.3
Data perhitungan tegangan keluaran sensor
41
4.4
Data perhitungan resistansi sensor
43
4.5
Data hasil pengukuran resistansi sensor dari Kijang LSX 2001
44
4.6
Data hasil pengukuran resistansi sensor dari Mobil Kijang LGX 2004
45
4.2
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR No
Judul
Halaman
2.1 Ilustrasi gambar penyerapan gas O2 oleh sensor
17
2.2 Ilustrasi gambar ketika terdeteksi adanya gas
18
2.3 Ilustrasi gambar komponen sensor TGS 2201
19
2.4 Karakteristik Sensitifitas dari Emisi Gas Buang Berbahan bakar bensin
20
2.5 Sirkuit sensor
21
2.6 Alat Mikrokontoler AT Mega 8535
24
3.1Rangkaian Alat Uji Emisi Gas CO
27
3.2 Rangkaian Pengukuran resistansi Sensor
31
3.3 Program Ambil Data dari Sensor
32
3.4 Profil Kalibrasi Gas CO dari gas buang kendaraan bermotor
33
4.1 Kurva Kalibrasi Gas CO Dari Mobil Kijang LSX 2001
44
4.2 Kurva Kalibrasi Gas CO Dari Mobil Kijang LGX 2004
45
xiv Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran
Judul
halaman
A.
Jadwal Penelitian
L-1
B.
Surat keterangan izin penelitian dari BTKL Depkes RI
L-2
C.
Surat Keputusan menteri Jenderal Minyak dan gas bumi
L-3
D.
Gambar Kegiatan Penelitian
L-4
xv
Universitas Sumatera Utara
