PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI - core.ac.uk · sehingga kualitas udara harus tetap terjaga. Kemajuan di bidang pembangunan, industri, dan transportasi men terjadinya perubahan

i

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

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



iv


v

“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




viii

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.


ix

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.


x

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.


xi

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


xii

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


xiii

E. Manfaat Penelitian ........................................................................... 5

F. Sistematika Penulisan ....................................................................... 6

BAB II DASAR TEORI ............................................................................... 7

A. Teori Atom dan Molekul .................................................................. 7

B. Detektor Fotoakustik Berbasis Laser CO2

C. CO

........................................ 8

2 dan H2

D. Metode Eliminasi CO

O sebagai Pengganggu Pengukuran .............................. 14

2 dan H2

Pengukuran ........................................................................................ 15

O yang menjadi Pengganggu

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 CO2 dan H2

C.2. Kalibrasi ................................................................................... 21

O dari Gas Buang Sepeda Motor .......... 20

C.3. Pengukuran Konsentrasi Etilen dari Gas Buang Sepeda

Motor ......................................................................................... 23

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 27

A. Hasil ................................................................................................. 27

A.1. Penapisan CO2 dan H2O dari Gas Buang Sepeda Motor .... 27


xiv

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


xv

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 .................................................................................. 46

Tabel 3: 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 ................................................ 48


xvi

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 CO2

dan H

2

KOH dan CaCl

O dari gas buang sepeda motor menggunakan

2

Gambar 3.3. Rangkaian alat yang digunakan pada saat kalibrasi ................. 23

...................................................................... 20

Gambar 3.4. Rangkaian alat yang digunakan pada saat mengalirkan

gas udara ke dalam sel fotoakustik .......................................... 26

Gambar 4.1. Grafik hubungan konsentrasi CO2

waktu pengukuran (jam) dengan adanya penambahan

(ppm) terhadap

CaCl2

Gambar 4.2. Grafik hubungan konsentrasi H

dan KOH pada cuvet tabung U .................................... 28

2

waktu pengukuran (jam) dengan adanya penambahan

O (%) terhadap

CaCl2

Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi

steppermotor pada saat sel fotoakustik dialiri gas udara. ........ 30

dan KOH pada cuvet tabung U .................................... 28


xvii

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


(jam) pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda

motor dengan nomor mesin F405ID488879

dengan putaran mesin 3500 RPM ........................................... 34


(jam) pada pengukuran konsentrasi gas etilen

dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 .. 34


1

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


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.


7

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.


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:

ℎ𝜈𝜈 = Ε1 − Ε0 (2.2)

dengan : 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.

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

laser

resonator

mikrofon

gas

sel fotoakustik


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 = 𝐶𝐶𝑃𝑃𝑙𝑙𝐶𝐶𝑔𝑔𝛼𝛼𝑔𝑔𝑙𝑙 (2.4)

dengan : 𝑆𝑆𝑙𝑙 = sinyal akustik pada garis laser “l” [Volt (V)]

𝐶𝐶 = konstanta sel fotoakustik �𝑉𝑉 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑊𝑊 �

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

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

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


12

Jika nilai sinyal dibandingkan dengan nilai daya, maka akan diperoleh

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

yang dihasilkan pada daya sebesar 1 W. Besarnya nilai sinyal ternormalisir

mengikuti persamaan 2.5:

�𝑆𝑆𝑃𝑃�𝑙𝑙

= 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑔𝑔𝛼𝛼𝑔𝑔𝑙𝑙 (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:

�𝑆𝑆𝑃𝑃�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:

�𝑆𝑆𝑃𝑃�𝑙𝑙=2

= 𝐶𝐶(𝐶𝐶𝐴𝐴𝛼𝛼𝐴𝐴2 + 𝐶𝐶𝐵𝐵𝛼𝛼𝐵𝐵2) (2.7)

dengan : S = sinyal akustik [Volt (V)]

P = daya laser [Watt (W)]

l = posisi garis laser

C = konstanta sel fotoakustik �𝑉𝑉 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑊𝑊 �

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]


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.


16

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


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

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.

Flowmeter

Cuvet + sensor H2O

Kompresor

Komputer 2

Komputer 1

Cuvet + sensor CO2

Cuvet KOH + CaCl2

Flow Controller

Detektor Fotoakustik


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.

Gambar 3.2. Rangkaian alat yang digunakan dalam penapisan CO2 dan H2O dari gas

buang sepeda motor menggunakan KOH dan CaCl2.

Flowmeter

Kompresor Cuvet + KOH dan CaCl2

Flow Controller

Cuvet + sensor H2O

Komputer 2

Cuvet + sensor CO2


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 pertambahan sinyal

ternormalisir menunjukkan adanya serapan gas etilen.


23

Flow Controller udara

Tabung gas etilen

Flowmeter

Tabung udara


Flow Controller etilen

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

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.

Flowmeter

Flow Controller

Tabung udara



27

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.


28

Gambar 4.1. Grafik hubungan konsentrasi CO2 (ppm) terhadap waktu pengukuran (jam)

dengan adanya penambahan CaCl2 dan KOH pada cuvet tabung U.

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

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9 1

Kon

sent

rasi

H2O

(%)

Waktu Pengukuran (jam)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9 1

Kon

sent

rasi

CO

2(p

pm)



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


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

Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir (au) terhadap posisi steppermotor pada

saat sel fotoakustik dialiri gas udara.

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

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

6500

6575

6650

6725

6800

6875

6950

7025

7100

7175

7250

Siny

al T

erno

rmal

isir (

au)

Posisi Steppermotor

00.020.040.060.080.1

0.120.140.160.180.2

0.22

6500

6575

6650

6725

6800

6875

6950

7025

7100

7175

7250

Siny

al T

erno

rmal

isir (

au)

Posisi Steppermotor


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

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

800810820830840850860870880890900

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

0.18

0.21

0.24

0.27 0.3

Kon

sent

rasi

Etile

n (p

pb)



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.


pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM.

180184188192196200204208212216220

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.3 0.33

Kon

sent

rasi

Etile

n (p

pb)



34


pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 3500 RPM.


pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838

26502660267026802690270027102720273027402750

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

0.18

0.21

0.24

0.27 0.3

0.33

Kon

sent

rasi

Etile

n (p

pb)


460464468472476480484488492496500

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

0.18

0.21

0.24

0.27 0.3

Kon

sent

rasi

Etile

n (p

pb)



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 Putaran mesin (RPM)

Konsentrasi etilen (ppb)

Sepeda motor dengan nomor mesin

F405ID488879 1000 (199 ± 6)


F405ID488879 3500 (482 ± 6)


2S6342838 - (2711 ± 15)

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


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.


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.


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.


43

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.


44

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.


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] Konsentrasi Etilen [ppb] 1 1.321 839.72 2 1.329 832.54 3 1.336 831.81 4 1.344 836.77 5 1.350 854.35 6 1.358 851.05 7 1.365 851.48 8 1.372 851.41 9 1.378 851.35

10 1.386 855.54 11 1.405 849.49 12 1.413 850.94 13 1.420 827.56 14 1.428 826.91 15 1.435 887.78 16 1.442 883.19 17 1.449 865.79 18 1.456 872.07 19 1.464 844.03 20 1.470 840.87 21 1.477 865.69 22 1.483 868.54 23 1.531 854.28 24 1.537 855.75 25 1.558 859.87 26 1.566 862.86 27 1.587 853.10 28 1.595 852.21 29 1.602 860.42 30 1.609 862.70 Konsentrasi etilen (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




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




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� − 𝑋𝑋𝑘𝑘)2

(𝑘𝑘 − 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

(29) 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑝𝑝 = 15𝑘𝑘𝑘𝑘𝑝𝑝

Sehingga hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar dapat dituliskan menjadi

(853 ± 15) ppb.


Documents

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI - core.ac.uk · sehingga kualitas udara harus tetap terjaga. Kemajuan di bidang pembangunan, industri, dan transportasi men terjadinya perubahan