Penentuan Kadar Gas CO2 Menggunakan Sensor Semikonduktor TGS 4160

PENENTUAN KADAR GAS KARBON DIOKSIDA (CO

2

)

MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR

TGS 4160

TESIS

Oleh :

BARINGIN SARAGI

097006028/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

PENENTUAN KADAR GAS KARBON DIOKSIDA (CO

2

)

MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR

TGS 4160

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 :

BARINGIN SARAGI

097006028/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

Judul Tesis :

PENENTUAN KADAR GAS KARBON

DIOKSIDA (CO

2

) MENGGUNAKAN

SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR

TGS 4160

Nama Mahasiswa : BARINGIN SARAGI Nomor Pokok : 097006028

Program Studi : Ilmu Kimia

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Harlem Marpaung) (Henry Hasian Lumbantoruan, ST, MT) Ketua Anggota

Ketua Program Studi Dekan,

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Dr. Sutarman, MSc)

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENENTUAN KADAR GAS KARBON DIOKSIDA (CO

2

)

MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 4160

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, Juni 2011

Penulis

Baringin Saragi NIM. 097006028

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Baringin Saragi

Nomor Pokok : 097006028 Program Studi : 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 :

PENENTUAN KADAR GAS KARBON DIOKSIDA (CO

2

)

MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 4160

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif 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, Juni 2011 Penulis,

Baringin Saragi NIM. 097006028

Telah diuji pada

Tanggal : 22 Juni 2011

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof . Dr. Halem Marpaung

Anggota : 1. Henry Hasian Lumbantoruan, ST, MT 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D 3. Jamahir Gultom, Ph.D

4. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc 5. Prof.Dr. Yunazar Manjang

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama lengkap berikut gelar : Baringin Saragi, S.Pd Tempat dan Tanggal Lahir : Panggualan, 17 Juli 1971

Alamat Rumah : Naga Imbul III Parbaju Julu Kecamatan Tarutung - Tapanuli Utara

Telepon/ Faks/ HP : 081397030498

Email : Baringinsaragi@yahoo.co.id Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 2 Tarutung Alamat Kantor : Jln. A.E. Situmorang Telepon/Faks/HP : (0623) 21838

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri Aek Tarum Tamat : 1985 SMP : SMP Sw PGRI 75 Aek Tarum Tamat : 1988 SMA : SMA Negeri 1 Kisaran Tamat : 1991 Strata-I : IKIP Negeri Medan Tamat : 1996 Strata-2 : Pasca Sarjana Jurusan Kimia FMIPA USU Tamat : 2011

PENENTUAN KADAR GAS CO

2

MENGGUNAKAN SENSOR

GAS SEMIKONDUKTOR 4160

ABSTRAK

Pencemaran udara yang disebabkan oleh Gas Rumah Kaca (GRK) yaitu CO2, CFC, CH4, O3, NO2, dan N2O, telah diketahui sebagai penyebab naiknya suhu

bumi atau yang lebih tren pemanasan bumi global. .Penelitian ini dilakukan untuk menentukan kadar gas CO2 . Metoda yang digunakan untuk menentukan kadar gas

CO2 melalui sensor gas semi konduktor jenis TGS 4160 keluaran Figaro.

Standarisasi gas digunakan Sensor Instrumen AQ 5000 Pro. Untuk proses ADC dan pengambilan data digunakan mikrokontroler jenis AT Mega 8535 yang dikirim ke Laptop, selanjutnya pengolahan data dilakukan pada Laptop. Penelitian dilakukan dengan mengukur kadar gas CO2 yang diperoleh dari reaksi natrium

bikarbonat dengan asam klorida pekat . Tegangan keluaran sensor diperoleh melalui variasi konsentrasi gas CO2 melalui program yang telah dipersiapkan.

Dalam penelitian ini diperoleh semakin meningkatnya konsentrasi gas CO2

mengakibatkan nilai tegangan keluaran sensor semakin meningkat. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa konsentrasi gas CO2 dapat diukur dengan Sensor

Instrumen AQ 5000 Pro dan sensor TGS 4160.

Kata kunci : Gas CO2, , Kadar, Sensor Instrumen AQ 5000 Pro dan sensor TGS

DETERMINATION THE RATE OF CARBON DIOKSIDE (CO

2

)

USING SEMIKONDUKTOR TGS 4160 GAS CENSOR

ABSTRACT

The contamination of air is caused of the Green hause efect that are CO2,

CFC, CH4, O3, NO2, and N2O, have been known as cause of global warming. This

research to determine the rate of CO2 gase . The method that used to determine

the rate of CO2 gase is by gas censor of type semiconductor of TGS 4160 output of

Figaro. For the gas standaritation is used censor Instrument of AQ 5000 Pro. For the ADC process and data intake is used by mikrocontroler of AT Mega 8535 which sent to computer, Than data processing at computer. The concentratios of CO2 gas is measured from the reaction of Na-bicarbonate with high concentration

chloride acid . The output voltage of censor to through the variation of concentrations CO2 gase by the program . In this research is obtained the growing

of concentration of CO2 gas caused theresult output voltage of censor progressively

mount. From this research is concluded that concentration of CO2 gase can be

measured with Censor Instrument of AQ 5000 Pros and censor of TGS 4160.

Keyword Contents : CO2 gas, concentration, Sensor IAQ 5000 Pro ,TGS 4160

KATA PENGANTAR

Tiada kata yang pantas terucap selain Puji syukur dan terimakasih kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa karena atas berkat dan kasihNya kepada penulis sehingga tesis dengan judul “Penentuan Kadar Gas CO2 Menggunakan Sensor

Semikonduktor TGS 4160” dapat diselesaikan.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Gubernur Sumatera Utara c.q Ketua Bappeda Provinsi Sumatera Utara yang memprogramkan bantuan dana untuk guru-guru tingkat SMA untuk melanjutkan studi ke strata dua (S2) sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Ilmu Kimia Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Dengan selesainya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Rektor Universitas Sumatara Utara Prof. 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.

2. Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman MSc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara .

3. Ketua Program Studi Magister Kimia Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D. 4. Sekretaris Program Studi Dr.Hamonangan Nainggolan, MSc beserta seluruh

Staf Pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Kimia.

5. Prof. Dr. Harlem Marpaung selaku pembimbing utama dan kepada Henry Hasian Lumbantoruan ST, MT, selaku pembimbing dua yang memberikan semangat ,memberi arahan, penuh kesabaran dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian dan tesis ini.

6. Bapak Faisal selaku Kepala Laboratorium Fisika di Balai Teknik Kesehatan Lingkungan (BTKL) Depkes Medan yang telah memberikan kemudahan untuk menggunakan alat serta memberikan petunjuk cara pengoperasian alat sehingga penelitian ini dapat diselesaikan.

7. Drs.Mangiring Manalu dan Drs. Jon Dey Rasman Saragih beserta guru dan pegawai atas dukungan dan bantuan doa hingga tesis ini diselesiakan.

8. Kepada keluarga penulis yakni Istri tercinta Elprida Simanjuntak dan kepada kedua anakku terkasih Gamaliel Parsaoran Saragi dan Giovani Ariel Saragi, dan BapaKu, terimakasih atas segala pengorbanan dan doa kalian baik berupa moril maupun materil, hanya Tuhanlah yang dapat membalas budi baik kalian.

Medan, Juni 2011 Penulis,

Baringin Saragi NIM . 097006028

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK i

ABSTRACT ii

KATA PENGANTAR iii

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR ix

DAFTAR LAMPIRAN x

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Permasalahan 2

1.3 Pembatasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 2

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Metodologi Penelitian 3

1.7 Lokasi Penelitian 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1 Udara Bersih 4

2.2 Gas-gas Rumah Kaca 4

2.3 Mekanisme terjadinya efak rumah kaca 5 2.4 Karbon dioksida dan karakteristiknya 6

2.5 Kristal karbondioksida 7

2.6 Sumber karbondioksida 7

2.7 Peranan gas CO2 pada biologis 8

2.9 Gas CO2 dan fisiologis manusia 8

2.10 Sensor Gas Semikonduktor 9

2.10.1 Prinsip Kerja Sensor semikonduktor 9

2.10.2 Sensor kimia 11

2.10.2.1 Perkembangan sensor kimia 12 2.10.2.2 Sifat sensor kimia 13 2.10.2.3 Dasar teoritis sensor kimia 14

2.11 Sensor TGS 4160 16

2.12 Mikrokontroler AT Mega-8535 18

2.13 Sensor Instrumen AQ 5000 Pro 18

BAB 3 METODE PENELITIAN 20

3.1 Alat Dan Bahan 20

3.2.1 Alat – alat yang digunakan 20 3.2.2 Bahan – bahan yang digunakan 20

3.2 Prosedur Penelitian 21

3.2.1 Penyediaan Sampel Gas CO2 21

3.2.2 Uji Kadar Sampel Gas CO2 21

3.2.3 Uji Tegangan dan Resistensi Sensor 21

3.2.4 Pembuatan Grafik 21

3.2.5 Pembuatan persamaan garis linier 21 3.2.6 Program Keluaran langsung 21 3.2.7 Penentuan kadar gas CO2 secara langsung 22

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 23

4.1 Hasil Penelitian 23

4.1.1 Proses pembuatan gas CO2 23

4.1.2 Pengukuran Konsentrasi gas CO2 24

4.1.3 Pengukuran Tegangan keluaran sensor 24 4.1.4 Penentuan Persamaan Garis Linier 26

4.1.5 Pembuatan Kurva Kalibrasi gas CO2 27

4.1.6 Program Keluaran Langsung 28 4.1.7 Data Program Keluaran Langsung Kadar gas CO2 29

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 30

5.1 Kesimpulan 30

5.2 Saran 30

DAFTAR PUSTAKA 31

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Gas rumah kaca dan kontribusinya terhadap Pemanasan

Global 5

2.2 Lama waktu tinggal di atmosfer dan nilai Green House

Warning Potensial ( GWP ) gas rumah kaca 6 4.1 Data hasil pengukuran konsentrasi gas CO2 Melalui Alat

Sensor IAQ 5000 Pro 24

4.2 Data hasil pengukuran Tegangan Keluaran Sensor TGS

4160 25

4.3 Penentuan Persamaan Garis Linier 27

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman 2.1 (a) Pelet kecil dari es kering yang menyublim di udara

(b) Struktur kristal es kering 7

2.2 Struktur sensor gas semikonduktor 9

2.3 Pembentukan tegangan barrier saat tanpa gas pereduksi 10

2.4 Penurunan tegangan barrier saat adanya gas pereduksi 11

2.5 Pelat Tipis Sensor Gas 15

2.6 Sensor TGS 4160 17

2.7 Karakteristik Sensitifitas sensor dari beberapa bahan sensing dengan TGS 4160 17

2.8 Alat Mikrokontoler AT Mega 8535 18

2.9 Sensor Instrumen AQ 5000 Pro 19

2.10 Diagram Sensor AQ 5000 Pro 19

4.1 Proses Pembuatan gas CO2 23

4.2 Kurva Kalibrasi Tegangan Keluaran Sensor dengan konsentrasi gas CO2 28

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman A. Surat keterangan izin penelitian dari BTKL Depkes RI L-1 B. Surat keterangan selesai penelitian dari BTKL Depkes RI L-2

PENENTUAN KADAR GAS CO

2

MENGGUNAKAN SENSOR

GAS SEMIKONDUKTOR 4160

ABSTRAK

Pencemaran udara yang disebabkan oleh Gas Rumah Kaca (GRK) yaitu CO2, CFC, CH4, O3, NO2, dan N2O, telah diketahui sebagai penyebab naiknya suhu

bumi atau yang lebih tren pemanasan bumi global. .Penelitian ini dilakukan untuk menentukan kadar gas CO2 . Metoda yang digunakan untuk menentukan kadar gas

CO2 melalui sensor gas semi konduktor jenis TGS 4160 keluaran Figaro.

Standarisasi gas digunakan Sensor Instrumen AQ 5000 Pro. Untuk proses ADC dan pengambilan data digunakan mikrokontroler jenis AT Mega 8535 yang dikirim ke Laptop, selanjutnya pengolahan data dilakukan pada Laptop. Penelitian dilakukan dengan mengukur kadar gas CO2 yang diperoleh dari reaksi natrium

bikarbonat dengan asam klorida pekat . Tegangan keluaran sensor diperoleh melalui variasi konsentrasi gas CO2 melalui program yang telah dipersiapkan.

Dalam penelitian ini diperoleh semakin meningkatnya konsentrasi gas CO2

mengakibatkan nilai tegangan keluaran sensor semakin meningkat. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa konsentrasi gas CO2 dapat diukur dengan Sensor

Instrumen AQ 5000 Pro dan sensor TGS 4160.

Kata kunci : Gas CO2, , Kadar, Sensor Instrumen AQ 5000 Pro dan sensor TGS

DETERMINATION THE RATE OF CARBON DIOKSIDE (CO

2

)

USING SEMIKONDUKTOR TGS 4160 GAS CENSOR

ABSTRACT

The contamination of air is caused of the Green hause efect that are CO2,

CFC, CH4, O3, NO2, and N2O, have been known as cause of global warming. This

research to determine the rate of CO2 gase . The method that used to determine

the rate of CO2 gase is by gas censor of type semiconductor of TGS 4160 output of

Figaro. For the gas standaritation is used censor Instrument of AQ 5000 Pro. For the ADC process and data intake is used by mikrocontroler of AT Mega 8535 which sent to computer, Than data processing at computer. The concentratios of CO2 gas is measured from the reaction of Na-bicarbonate with high concentration

chloride acid . The output voltage of censor to through the variation of concentrations CO2 gase by the program . In this research is obtained the growing

of concentration of CO2 gas caused theresult output voltage of censor progressively

mount. From this research is concluded that concentration of CO2 gase can be

measured with Censor Instrument of AQ 5000 Pros and censor of TGS 4160.

Keyword Contents : CO2 gas, concentration, Sensor IAQ 5000 Pro ,TGS 4160

 

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG

Permasalahan global dalam pencemaran udara yang disebabkan oleh Gas Rumah Kaca (GRK) yaitu CO2, CFC, CH4, O3, NO2, dan N2O, telah diketahui sebagai penyebab naiknya suhu bumi atau yang lebih tren pemanasan bumi global, maka timbul suatu sikap untuk mengendalikan GRK ini yang dilepas/dibuang ke udara melalui kegiatan industri, pertanian, dan asap buangan kenderaan bermotor. Untuk mengendalikan GRK ini diperlukan tehnik pengukuran kadar GRK tersebut melalui tehnik kimia yang lebih murah dan efisien.

Pengukuran gas umumnya telah lama dilaksanakan secara laboratorium, secara klasik telah lama dilakukan. Dengan perkembangan tehnologi dalam instrumentasi kimia analitik maka pemakaian tehnik gas kromatografi banyak digunakan juga spektrometer IR, dan Transpektrometri.

Pemakaian tehnik ini membutuhkan biaya yang mahal maka timbul tehnik yang terus berkembang antara lain dengan sensor gas. Sensor gas ada berbagai jenis tetapi yang terbanyak digunakan adalah sensor gas semikonduktor. Sensor gas semikondutor adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakaan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium dan Gallium Arsenide. Laporan pertama seperti sensor adalah di tahun 1962 ketika terlihat bahwa lapisan tipis, sensor oksida seng yang bekerja pada 400oC akan digunakan untuk mendeteksi CO2

dan juga uap organik toluene, benzene, diethyl ether, ethyl alkohol dan propane hingga 1 – 50 ppm.

Terutama, sensor kimia untuk perlindungan lingkungan akan terlibat di dalam legislasi karena keterlibatan secara sosial, pengaruh menembus ke dalam masyarakat, dan sensor kimia harus mampu memenuhi standar pemerintah untuk

2 

perlindungan hidup dan lingkungan. Untuk itu, penelitian dan pengembangan dalam sensor kimia untuk kontrol pembuangan gas emisi kendaran bermotor untuk mendapatkan emisi nol telah mendapatkan banyak perhatian.

Dalam penelitian terdahulu telah dipelajari pembacaan Analisis Respon Gas Semikonduktor terhadap kadar CO2 dalam asap rokok menggunakan sensor gas

semikonduktor Takoguchi Gas Sensor (TGS) 4160 dimana alat ini sangat sensitif terhadap Gas Rumah Kaca (GRK) yaitu gas CO2. Pada penelitian itu perubahan

konsentrasi mengakibatkan perubahan resistansi yang kemudian dikalibrasi dengan konsentrasi standar. Jadi pengukuran yang dilakukan tidak langsung. Maka dalam penelitian timbul keinginan untuk pengukuran langsung mengetahui konsentrasi gas CO2 dan batas deteksi sensor gas semikonduktor TGS 4160.

1.2 PERMASALAHAN

Permasalahan yang dapat dirumuskan dari penelitian ini adalah:

1. Bagaimana alat Sensor Semikonduktor langsung mengukur konsentrasi gas CO2.

2. Berapa besar batas deteksi konsentrasi gas CO2 yang dapat diukur dengan alat

sensor gas semikonduktor TGS 4160 1.3 PEMBATASAN MASALAH

Penelitian ini dilakukan penentuan kadar gas CO2 dengan alat sensor gas

semikonduktor TGS 4160. 1.4 TUJUAN PENELITIAN

1. Untuk mengetahui apakah sensor gas semikonduktor dapat digunakan langsung mengukur konsentrasi gas CO2.

2. Untuk menentukan batas deteksi konsentrasi gas CO2 yang dapat diukur dengan

3

1.5 MANFAAT PENELITIAN Dari penelitian ini diharapkan dapat:

1. Memberi informasi kepada masyarakat bahwa sensor semikonduktor dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi gas CO2 pada batas deteksi tertentu.

2. Memberi informasi tentang konsentrasi gas CO2 pada konsentrasi tertentu

dapat menimbulkan efek kesehatan yang kurang baik bagi manusia dan merupakan pemicu terjadinya efek rumah kaca dan pemanasan global.

1.6 METODOLOGI PENELITIAN

Jenis penelitian yang dilakukan adalah metode eksperimen dengan variabel terikat adalah tegangan keluaran sensor hasil perubahan konsentrasi gas CO2. Sebagai

variabel bebas adalah perubahan konsentrasi gas CO2.

Sebelum sensor gas semikonduktor TGS 4160 digunakan untuk menentukan konsentrasi gas CO2 secara langsung dengan batas deteksi tertentu, konsentrasi gas

CO2 yang dihasilkan melalui reaksi Natrium bikarbonat dengan asam klorida pekat

ditentukan melalui sensor instrumen AQ 5000 Pro. Kemudian dilakukan penentuan tegangan keluaran TGS 4160 dengan melewatkan konsentrasi gas CO2 yang

berbeda. Dalam penelitian ini TGS 4160 dihubungkan dengan Mikrokontroler AT Mega 8535 dengan Analog to Digital Converter (ADC) beresolusi 8 bit.

Untuk pengolahan data, dilakukan pada komputer menggunakan program excel sampai diperoleh kurva kalibrasi sensor. Kurva kalibrasi yang memuat persamaan linier yang telah diperoleh dimasukkan ke program untuk penentuan langsung konsentrasi gas CO2.

1.7 LOKASI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium FMIPA dan Laboratorium Badan Tehnik Kesehatan Lingkungan ( BTKL ) Medan.

 

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. UDARA BERSIH

Udara yang bersih dari zat pencemar mempunyai arti yang sangat penting di dalam kehidupan manusia, hewan, tumbuhan dan keberadaan benda lainnya.

Sehingga udara merupakan sumber daya alam yang harus dilindungi untuk kehidupan manusia dan makluk hidup lainnya. Hal ini bahwa pembuangan zat ke udara harus dilakukan secara bijaksana dengan memperhitungkan kepentingan generasi sekarang dan yang akan datang. Untuk mendapatkan udara sesuai dengan tingkat kualitas yang diinginkan, maka pengendalian udara menjadi sangat penting untuk dilakukan. Kandungan karbon dioksida di udara segar bervariasi antara 0,03% (300ppm) sampai dengan 0,06% (600 ppm) bergantung pada lokasi. 2.2. GAS-GAS RUMAH KACA

Adanya zat pencemar yang dibuang ke udara akibat aktivitas manusia, industri, kenderaan bermotor telah mencemari udara. Dari sekian banyak jenis gas

yang terbuang ke udara, gas-gas rumah kaca (GRK) seperti CO2, CFC, CH4, O3,

NO2, dan N2O , telah diketahui sebagai penyebab naiknya suhu bumi atau yang

lebih tren pemanasan bumi global. Dari jenis gas rumah kaca, maka gas CO2

5

Tabel 2.1. Gas rumah kaca dan kontribusinya terhadap Pemanasan Global No Gas Rumah Kaca Rumus Kimia Kontribusi (%)

1 Karbon dioksida CO2 50

2 Metana CH4 13

3 Klorofluro karbon R-12 CFC R-12 12

4 Ozon O3 7

5 Kloro fluro karbon R-11 CFC R-11 5

6 Nitro oksida N2O 5

Sumber : http//www.student unimess/a.andano/global warming.

2.3. MEKANISME TERJADINNYA EFEK RUMAH KACA

Sebagian panas sinar matahari yang diterima permukaan bumi dipantulkan kembali sebagai radiasi sinar infra merah ke angkasa. Karena adanya gas-gas rumah kaca dilapisan atmosfer bawah maka sinar matahari yang dipantulkan akan tertahan. Akibatnya, panas yang timbul di dalam lapisan atmosfer bawah, dekat dengan permukaan bumi, akan terperangkap. Keseimbangan energi antara energi yang masuk dan energi yang keluar terganggu. Akibatnya meningkatkan temperatur rata-rata di permukaan bumi dan menimbulkan pemanasan Global (fenomena rumah kaca). Fenomena rumah kaca sudah berlangsung sejak lama di lapisan troposfer.

Pengaruh Gas-gas Rumah Kaca terhadap terjadinya pemanasan Global. tergantung pada besarnya kadar gas rumah kaca di atmosfer, waktu tinggal di atmosfer dan kemampuan penyerapan energi.

Tabel. 2.2. Lama waktu tinggal di atmosfer dan nilai Green House Warning Potensial ( GWP ) gas rumah kaca.

No Gas Rumah Kaca Lama Waktu tinggal (tahun)

GWP(Relative)

1 Karbon dioksida 50 – 200 1

2 Metana 10 21

3 Klorofluro karbon R-12 130 15.800

4 Ozon 0,1 2000

5 Kloro fluro karbon R-11 65 12.400

6 Nitro oksida 150 206

6 

Sumber : http//www.student unimess/a.andano/global warming. 2.4. KARBON DIOKSIDA DAN KARAKTERISTIKNYA

Karbon dioksida (rumus kimia: CO2) atau zat asam arang merupakan

senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Struktur dan gambar molekul sebagai berikut :

Pada keadaan STP, rapatan karbon dioksida berkisar sekitar 1,98 kg/m³, kira kira 1,5 kali lebih berat dari udara. Molekul karbon dioksida (O=C=O) mengandung dua ikatan rangkap yang berbentuk linear. Senyawa ini tidak begitu reaktif dan tidak mudah terbakar, namun bisa membantu pembakaran logam seperti magnesium, karbon dioksida adalah gas yang tidak berwarna , tidak berbau, titik leleh −57 °C (216 K) (di bawah tekanan), Titik didih −78 °C (195 K) (menyublim), kelarutan dalam air 1,45 g/L, Keasaman (pKa) 6,35 dan 10,33 ,

7 

2.5. KRISTAL KARBON DIOKSIDA (DRY ES)

Karbon dioksida tidak mempunyai bentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida umumnya disebut sebagai es kering.

b

Gambar 2.1. (a) Pelet kecil dari es kering yang menyublim di udara

(b) Struktur kristal es kering  2.6. SUMBER KARBON DIOKSIDA

Karbon dioksida secara garis besar dihasilkan dari enam proses:

1. Sebagai hasil samping dari pengilangan ammonia dan hidrogen, di mana metana dikonversikan menjadi CO2.

2. Dari pembakaran kayu dan bahan bakar fosil;

3. Sebagai hasil samping dari fermentasi gula pada proses peragian bir, wiski, dan minuman beralkohol lainnya;

4. Dari proses penguraian termal batu kapur, CaCO3;

5. Sebagai produk samping dari pembuatan natrium fosfat;

6. Secara langsung di ambil dari mata air yang karbon dioksidanya dihasilkan dari pengasaman air pada batu kapur atau dolomit.

8 

2.7. PERANAN GAS CO2 PADA BIOLOGIS

Tumbuh-tumbuhan mengurangi kadar karbon dioksida di atomosfer dengan melakukan fotosintesis, disebut juga sebagai asimilasi karbon, yang menggunakan energi cahaya untuk memproduksi materi organik dengan mengkombinasi karbon dioksida dengan air dengan reaksi berikut :

CO2 (g) + H2O (g) C6H12O6 + O2 (g)

UV Klorofil 2.8. TOKSISITAS GAS CO2

Menurut Otoritas Keselamatan Maritim Australia, "Paparan berkepanjangan terhadap konsentrasi karbon dioksida dapat menyebabkan asidosis dan efek-efek merugikan pada metabolisme kalsium fosforus yang menyebabkan peningkatan endapan kalsium pada jaringan lunak. Karbon dioksida beracun kepada jantung dan menyebabkan menurunnya gaya kontraktil. Pada konsentrasi tiga persen berdasarkan volume di udara, ia bersifat narkotik ringan dan menyebabkan peningkatan tekanan darah dan denyut nadi, dan menyebabkan penurunan daya dengar. Pada konsentrasi sekitar lima persen berdasarkan volume, ia menyebabkan stimulasi pusat pernapasan, pusing-pusing, kebingungan, dan kesulitan pernapasan yang diikuti sakit kepala dan sesak napas. Pada konsentrasi delapan persen, ia menyebabkan sakit kepala, keringatan, penglihatan buram, tremor, dan kehilangan kesadaran setelah paparan selama lima sampai sepuluh menit.

2.9. GAS CO2 DAN FISIOLGI MANUSIA

Gas CO2 diangkut di darah dengan tiga cara yang berbeda:

 Kebanyakan (sekitar 70% – 80%) dikonversikan menjadi ion bikarbonat HCO3−

oleh enzim karbonat anhidrase di sel-sel darah merah, dengan reaksi : CO2 + H2O → H2CO3→ H+ + HCO3−.

 5% – 10% larut di plasma

9 

2.10. SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR

Sensor gas semikondutor adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakaan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium dan Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor ini menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat (solid state), bukannya bentuk hampa (vacuum state) atau bentuk gas (gaseous state). Bahan detektor yang digunakan adalah material Tin oksida (SnO2). Sensor ini tidak mahal, kecil, sudah tersedia luas dan memiliki

sensitifitas tinggi.

Mekanisme utama untuk reaksi gas dengan metal oksida terjadi pada temperatur tinggi yaitu 2000C – 6000C. Mikrosensor kimia yaitu sensor yang dibuat dalam bentuk miniatur untuk penggantian alat penginderaan yang mahal, menunjukkan penciptan teknologi analitik yang memiliki kemampuan dan mengkuantifiaksi zat kimia dalam waktu real termasuk penyediaan analisis online dari perubahan tingkat atau kadar zat.

2.10.1 Prinsip Kerja Sensor Gas Semikonduktor

Sensor Gas Semikonduktor terdiri dari elemen sensor yang dilengkapi bahan pemanas, bahan elemen sensor yang terbuat dari oksida metal (seperti : SnO2, WO3, ZnO,RuO2, dll, sesuai gas yang disensor) dan bahan pemanas yang

berfungsi untuk memanaskan elemen. Struktur sensor ini dapat dilihat pada gambar berikut :

10

Prinsip Kerja sensor semikonduktor, ketika bahan detektor seperti kristal SnO2 dipanaskan pada temperatur tertentu, oksigen akan diserap pada permukaan

kristal dan oksigen di udara akan terionisasi dan terikat pada SnO2 dalam bentuk

ion-ion negatif. Kemudian elektron donor pada permukaan kristal SnO2 akan

ditransfer ke oksigen penyerap, sehingga dihasilkan listrik . Didalam sensor, arus listrik mengalir melewati daerah sambungan (grain boundary) dari kristal SnO2.

Pada daerah sambungan penyerapan oksigen mencegah muatan untuk bergerak bebas. Jika konsentrasi gas menurun, proses deoksidasi akan terjadi, kerapatan permukaan dan muatan negatif oksigen akan berkurang dan mengakibatkan menurunnya ketinggian penghalang dari daerah sambungan, misalnya terdapat adanya gas CO2 yang terdeteksi. Ilustrasi gambar ketika terjadi penyerapan gas O2

oleh sensor, dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 2.3. Pembentukan tegangan barrier saat tanpa gas pereduksi Persamaan reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:

½ O2 + ( SnO2x) *  O-ad (SnO2x)

CO2 + O-ad (SnO2x)  CO2O + ( SnO2x)*

* = elektron bebas

Dengan menurunnya penghalang maka resistansi sensor juga akan turut menurun. Skema reaksi antara gas CO2 dan oksigen penyerapan pada permukaan SnO2

11 

Gambar 2.4 Penurunan tegangan barrier saat adanya gas pereduksi

 Elektron

Daerah Sambungan

eVs didalam gas pereduksi Gas Pereduksi CO2

Untuk mengukur karakteristik sensitivitas dari gas sensing, semua data diuji pada kondisi standar. Hubungan antara tahanan dalam sensor dengan konsentrasi gas pereduksi dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

Rs = A C -α dengan α = Rs/Ro 

Rs = Resistansi Keluaran sensor dari berbagai konsentrasi gas.

R0 = Resistansi sensor dalam udara bersih

A = Konstanta

C = Konsentrasi gas pereduksi

α = Kemiringan dari kurva Rs (rasio resistansi sensor (Rs/R0) 2.10.2 Sensor Kimia

Sensor kimia adalah alat yang mampu menangkap fenomena berupa zat kimia (baik gas maupun cairan) untuk kemudian diubah menjadi sinyal elektrik. Sensor kimia terutama digunakan untuk mengukur konsentrasi senyawa khusus dalam lingkungan gas dan cair, dimana sensor secara khusus merubah informasi kimia ke dalam sinyal listrik. Ada peningkatan permintaan untuk melakukan

12 

pengukuran analitik terhadap zat tertentu dengan cepat, halus dan dalam beberapa kasus dilakukan secara terus menerus. Karena sifat-sifat fisika dari gas dan cairan itu berhubungan erat dengan konsentrasi senyawa kimia, sensor untuk penentuan sifat fisika, seperti viskositas dan kerapatan terus mengalami peningkatan.

Sensor kimia diajukan untuk berbagai kondisi lingkungan – terutama dalam pengolahan makanan atau sistem pembuangan dimana konsentrasi berbagai senyawa dinyatakan pada sensor. Masalah penting dalam sensor kimia adalah mendapatkan beberapa tingkat selektivitas yang ideal dan tertinggi. Rata-rata selektivitas ideal, respon terhadap senyawa spesifik dan juga respon nol terhadap senyawa lain.

2.10.2.1 Perkembangan Sensor Kimia

Sensor Kimia eletrolit padat yang bekerja berdasarkan prinsip elektrokimia, merupakan prinsip sensor yang paling tua yang telah berkembang. Pengembangan yang cukup pesat tentang membran sensor dari elektrolit padat telah terjadi sejak tahun 1930 an. Sensor elektrolit padat adalah sensor yang menggunakan lempengan sel elektrolit yang disekat dengan dua elektroda dan biasanya ditambahkan dengan pengatur temperatur. Sensor komersial jenis ini yang sangat populer adalah sensor oksigen yang menggunakan lempengan Yttria-doped zirconia dan biasanya digunakan pada temperatur tinggi untuk mengontrol aliran zat buang pada suatu mesin. Pengembangan berikutnya juga terus terjadi pada sensor jenis ini yang pada decade belakangan dikenal dengan sebuat NASICON sensor. Dengan usianya yang relatif lebih tua dibandingkan dengam moteode sensor lainnya, elektrolit padat merupakan sensor kimia yang paling banyak diproduksi dalam dunia sensor komersial dibandingkan dengan jenis sensor lainnya.

1. Sensor Kimia Optik, Metode sensor ini adalah dengan berdasarkan pada teknologi optik dimana penyerapan suatu gas atau cairan kimia tertentu pada suatu bahan akan mengakibatkan perubahan pada fenomena optik seperti daya pantul ataupun daya absorpsi suatu cahaya. Meskipun metode ini juga menjanjikan sistem

13

sensor yang akurat, pengembangan yang relatif lebih sulit disamping instrumen yang lebih mahal membuat sensor optik pada kenyataannya tidak terlalu banyak dilirik oleh para peneliti.

2. Sensor kimia model sensitif berat. Sensor tipe ini bekerja dengan berdasarkan bahan sensor yang mampu menghasilkan gelombang akustik sehingga saat suatu zat kimia melewatinya bahan ini mampu mengkonfersi informasi kimia dari zat tersebut menjadi informasi fisik yaitu dalam bentuk berat (meskipun sangat kecil perubahannya).

3. Sensor Kimia Semikonduktor adalah sensor yang berdasarkan metal oksida. Teknologi yang memanfaatkan keunggulan sifat semikonduktor suatu bahan merupakan teknologi yang cukup menjanjikan bagi masa depan mengingat harganya yang murah, bentuknya yang lebih kecil, serta lebih tahan lama. Tidak mengherankan jika dunia sensor masa depan diprekdisikan akan didominasi oleh jenis sensor tipe metal oksida ini. Penelitian tentang pengembangan sensor yang ada saat ini pun banyak dialakukan seputar semikonduktor sensor ini. Teknologi semikonduktor memiliki peran yang siginifikan dalam teknologi sensor mengingat kemampuan konduktifitas dari semikonduktor yang dapat berubah ubah. Sensor jenis semikonduktor ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1953 setelah seorang peneliti Amerika yaitu John Bardeen dan Walter H Brattain menemukan perubahan konduktifitas suatu bahan semikonduktor setelah terjadi penyerapan gas kimia pada bahan semikonduktor tersebut.

Pada perkembangan berikutnya dari sensor semikonduktor ini, sentuhan teknologi nano yang pada kenyataannya mampu menghasilkan bahan semikonduktor yang lebih baik membuat daya tarik lebih besar bagi para peneliti sensor semikonduktor. 2.10.2.2 Sifat Sensor Kimia

14 

1. Sensitifitas, yaitu ukuran seberapa sensitif sensor mengenali zat yang dideteksinya. Sensor yang baik akan mampu mendeteksi zat meskipun jumlah zat tersebut sangat sedikit dibandingkan gas disekelilingnya. Sebagai gambaran sebuah riset dengan menggunakan material nano porous terhadap gas O2 sudah mampu

mendeteksi gas NO2 hanya dengan jumlah 300 ppb (part per billion), artinya

sejumlah 300 partikel NO2 yang ada dalam 1 milyar partikel udara sudah bisa

membuat sensor ini mendeteksi keberadaannya .

2. Selektifitas, yaitu sejauh mana sensor memiliki kemampuan menyeleksi gas atau cairan yang ingin dideteksinya. Sifat ini tidak kalah penting dengan sensitifitas mengingat gas atau cairan yang dideteksi tentunya akan bercampur dengan zat lain yang ada disekelilingnya.

3. Waktu respon dan waktu recovery, yaitu waktu yang dibutuhkan sensor untuk mengenali zat yang dideteksinya. Semakin cepat waktu respon dan waktu recoveri maka semakin baik sensor tersebut. Beberapa gas berbahaya bahkan dapat sangat cepat bereaksi dengan tubuh manusia yang dapat berakibat sangat fatal seperti gas CO2 atau NO2 yang dalam hitungan dibawah 5 menit dapat

mengakibatkan kematian. Karenanya kemampuan mendeteksi gas seperti ini harulah lebih cepat dari kemampuan gas tersebut beraksi dengan tubuh manusia.

4. Stabilitas dan daya tahan, yaitu sejauh mana sensor dapat secara konsisten memberikan besar sensitifitas yang sama untuk suatu gas, serta seberapa lama sensor tersebut dapat terus digunakan. Keempat sifat sensor ini merupakan sifat yang senantiasa diidentifikasi oleh para peneliti untuk mendapatkan sensor yang berkualitas baik.

2.10.2.3Dasar Teoritis Sensor Kimia Struktur Kristal dari semikonduktor tipe-n seperti SnO2 mengandung

elektron berlebihan dan saat sensor kontak dengan di udara, oksigen diserap secara kimia pada permukaan dengan reaksi berikut :

O2 + 2e 2O-ad

Berikut gambar pelat tipis sensor gas :

reaksi dipermukaan dengan oksigen, gas oksigen menyerap elektron dari dari SnO2

memiliki kelebihan elektron. Reaksi ini mengarah pada konduktivitas listrik yang diukur sebagai resistensi listrik yang tinggi. Setelah kontak dengan gas , maka reaksi permukaan diperlihatkan dalam persamaan :

Gas + O-ad GasO + e

dalam hal ini, gas menyerap oksigen secara kimia dan teroksidasi. Gas teroksidasi dapat bertindak sebagai zat pereduksi yang dirasakan dengan tipe sensor , melalui reaksi diatas mengarah pada oksidasi dan reduksi yang melibatkan tranfer elektron. Reaksi Gas + O-ad GasO + e, apabila konsentrasi gas meningkat maka

“O-ad” yang diadsorbsi semakin banyak. Elektron yang lepas dari permukaan

lapisan SnO2 meningkat mengakibatkan peningkatan konduktivitas listrik pada

lapisan SnO2 dan pengurangan resistensi listrik. Dalam hal ini, gas dapat dianggap

sebagai donor elektron. Karena jumlah elektron yang dimiliki setiap gas tidak sama maka pembacaan sensor kimia secara spesifik untuk setiap gas yang akan disensing dengan konsentrasi tertentu.

SiO2

SnO2

RuO2 Elek. Au

Gas

Elek. Au Elek. Au

Elek. Au

Gambar 2.5. Pelat Tipis

16 

2.11. SENSOR TGS 4160 Taguci Gas Sensor (TGS) 4160 adalah Fujia logika menghasilkan model

solid-state elektrokimia untuk sensor gas karbon dioksida (CO2). TGS 4160

memiliki karakteristik ukuran kecil, umur panjang, selektivitas yang baik, stabilitas tinggi, tahan terhadap kelembapan tinggi dan temperatur rendah. TGS 4160 dapat digunakan dalam sistem ventilasi otomatis atau pemantauan jangka panjang dari aplikasi gas CO2 (www.8085 project.info).

Sensor gas CO2 tipe semikonduktor TGS 4160 , sensor yang bekerja secara

elektrokimia, saat terkena material di lingkungan gas CO2, maka akan memiliki

reaksi elektrokimia sesuai reaksi berikut :

Reaksi katodik : 4Li + 2 CO2 + O2 +4 e 2Li2CO3

Reaksi Anodik : 4Na + O2 +4 e 2Na2O

Reaksi Redoks : Li2CO3 +2 Na Na2O +2 Li + CO2

Sebagai hasil reaksi elektrokimia, persamaan menurut Neste (Nernst), proses ini akan menghasilkan potensial berikut (EMF) :

EMF = Ec-(RF) / (2F) ln (P.CO2)

Dimana: PCO2 adalah tekanan parsial CO2; Ec adalah konstan; R adalah konstanta

gas; T adalah suhu (K); F adalah konstanta Faraday.

Dilihat dari rumus di atas, dengan memantau tegangan yang dihasilkan antara dua elektroda yakni nilai potensial dari EMF, nilai konsentrasi CO2 dapat diukur. Untuk

menjaga sensitifitas dari sensor ,temperatur perlu diperhatikan, sehingga pemanasan tegangan harus stabil, ruang lingkup harus 5,0 ± 0.2VDC. Untuk menjamin pengukuran konsentrasi gas CO2 yang akurat sekaligus untuk memastikan stabilitas

17

Gambar 2.6 : Sensor TGS 4160

Berikut ini dapat dilihat gambar karakteristik sensitivitas dari emisi gas buang kenderaan bermotor berbahan bakar bensin diperoleh untuk TGS 4160 lebih sensitif terhadap gas CO2 :

Gambar 2.7 Karakteristik Sensitifitas sensor dari Karakteristik Sensitivitas

Konsentrasi Gas ( ppm )

18

2.12 MIKROKONTROLER AT MEGA - 8535.

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Alat ini dihubungkan ke rangkaian sensor untuk mengambil data yang akan dikirim ke komputer. (htpp://Mikrokontroler.Tripod.com/6805 bab1.html). Mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer yang berfungsi sebagai Analog to Digital Converter (ADC) yakni mengubah data sinyal analog menjadi signal digital, karena mengandung beberapa peripheral yang langsung dimanfaatkan.

Gambar mikrokontroler ATMega 8535 dapat dilihat dibawah ini:

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Gambar 2.8 Alat Mikrokontoler AT Mega 8535  2.13 SENSOR INSTRUMEN AQ 5000 PRO

Sensor Instrumen AQ 5000 Pro merupakan sensor yang secara khusus untuk mendeteksi kadar gas CO2 di udara. Alat ini dilengkapi dengan infrared, A/D

Converter dan Displey. Alat sensor Instrumen AQ 5000 Pro dapat mengukur konsentrasi Gas CO2 di udara sangat akurat pada level tertentu.

19

Kelebihan dari alat ini, bentuknya kecil, ringan, dan dapat diketahui dengan cepat konsentrasi gas CO2 dengan memasukkan gas CO2 dan setelah melewati

sensor. Salah satu kelemahan alat ini tidak langsung menunjukkan angka konsentrasi gas CO2 .

Akurasi Pengukuran Instrumen AQ 5000 Pro

 Rentang 0 - 5000 ppm : kesalahan ±3 % atau keterbacaan ± 50 ppm

 Rentang 0 - 20.000 ppm : kesalahan ±3 % atau keterbacaan ± 300 ppm

 

Gambar 2.9. Sensor IAQ 5000 Pro   

   

 

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1. Alat dan Bahan

3.1.1. Alat-alat yang digunakan:

 Note Book (Lap Top)

 Sensor gas semikonduktor TGS 4160

 Mikrokontroler ATMega 8535

 Sensor Instrumen AQ 5000 Pro

 Erlenmeyer Vacum dengan satu pipa saluran (Pyrex)

 Tutup Erlenmeyer dari bahan karet

 Pipa kaca

 Selang plastik tahan panas

 Lem PIC

 Solatip kaca

 Alat Vakum

 Sirin

 Manometer

 Statif dan Klem

 Wash Botol 250 mL

 Toples Gelas

3.1.2 Bahan-bahan yang digunakan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. HCl (pekat)

   

21 

3.2. Prosedur Penelitian

Prosedur penelitia yang dilakukan : 3.2.1. Penyediaan Sampel gas CO2

Sampel gas CO2 dipersiapkan dengan konsentrasi yang berbeda

3.2.2. Uji Kadar Sampel gas CO2

Pengujian konsentrasi sampel gas CO2 dilakukan melalui alat Sensor

Instrumen AQ 5000 Pro.

3.2.3. Uji Tegangan dan Resistensi Sensor

1. Sampel gas CO2 yang diketahui konsentrasinya dilewatkan melalui alat

TGS 4160, kemudian diukur Tegangan Keluaran Sensor dengan cara menghubungkan alat TGS 4160 dengan mikrokontroler AT Mega 8535. Tegangan Keluaran Sensor gas hasil pembacaan mikrokontroler AT Mega 8535 dianalogkan dan selanjutnya diolah di Laptop menggunakan Software dan ditampilkan berupa angka.

2. Langkah 1 diulang dengan konsentrasi gas CO2 yang berbeda,

demikian seterusnya sampai sampel selesai diuji. 3.2.4. Pembuatan Grafik

Pembuatan grafik antara Tegangan Keluaran sensor versus konsentrasi gas CO2 dilakukan pada Laptop dengan Program.

3.2.5. Pembuatan Persamaaan Garis Linier

Pembuatan persamaan garis liniear (Y = aX + b) yang mana Y=Tegangan

Keluaran Sensor, X = konsentrasi CO2, a = gradien dan b = perpotongan

garis dengan sumbu Y, dilakukan pada Laptop dengan Program. 3.2.6. Program Keluaran Langsung

Aplikasi persamaan garis linier untuk menentukan konsentrasi gas dilakukan melalui program.

   

22

3.2.7. Penentuan Kadar Gas CO2 secara Langsung

Penentuan kadar gas CO2 diukur melalui hasil program keluaran langsung dan

dinyatakan dengan angka.

Sampel gas CO2

Pengambilan data Dengan

sensorTGS 

Proses data Dengan mikrokontroler

AT Mega8535 

Ambil data dan simpan data pada komputer/laptop

Selesai/belum

selesai

Buat program keluaran langsung

Penentuan konsentrasi gas CO2

Buat Grafik Tegangan Keluaran

dengan konsentrasi gas CO2

Dengan batas min dan max

Buat persamaan garis linear

….. ppm ...ppm     Start 

   

 

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. HASIL PENELITIAN

4.1.1. Proses Pembuatan gas CO2

Gas CO2 dibuat dengan mereaksikan natrium bikarbonat dengan asam

klorida pekat sesuai dengan reaksi :

NaHCO3 (s) + HCl (p) NaCl (aq) + H2O(l) + CO2(g)

Gas CO2 yang terbentuk ditampung didalam gelas kimia dan selanjutnya dilakukan

pengukuran konsentrasi melalui alat Sensor Intrumen AQ 5000 Pro.

   

24 

4.1.2. Pengukuran konsentrasi gas CO2

Pengukuran konsentrasi gas CO2 dilakukan melalui alat uji emisi Sensor

Instrumen AQ 5000 Pro. Pengukuran dilakukan sebagai berikut :

Sebanyak 25 mL volume gas CO2 hasil reaksi dimasukkan kedalam tabung

bervolume 4200 mL diperoleh data pada tabel 4.2 berikut ini:

Tabel 4.1. Data hasil pengukuran konsentrasi gas CO2 melui IAQ 5000 Pro No Volume Gas CO2 (mL) Konsentrasi gas CO2 ( ppm)

1 25,00  227,00 

2 25,00  222,00 

3 25,00 217,00

Dari data tabel 4.1 diperoleh rata-rata kadar gas CO2 222 ppm dalam wadah 4200

mL. Sehingga melalui persamaan pengenceran diperoleh kadar gas CO2 awal

adalah :

N1 = 37.296 ppm

25 mL x N1 = 4200 mL x 222 ppm V1 x N1 = V2 x N2

Kadar gas CO2 yang ditampung dalam wadah 37.296 ppm.

4.1.3. Pengukuran Tegangan Keluaran Sensor

Gas CO2 dengan konsentrasi tertentu dilewatkan melalui sensor

semikonduktor TGS 4160 yang telah terhubung ke Mikrokontroler AT Mega 8535 yang menggunakan Analog to Digital Converter (ADC) 8 bit . Melaui program Lap top yang telah terhubung ke Mikrokontroler AT Mega 8535 akan membaca perubahan resisitensi sensor berupa data analog yang diolah menjadi data tegangan sensor berupa data angka terbaca di Lap top. Hasil yang diperoleh dari pengujian tersebut dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut ini:

   

25

Tabel 4.2. Data Hasil Pengukuran Tegangan Keluaran Sensor TGS 4160 No. Volume Gas CO2

(mL)

Kadar Gas CO2 (ppm)

Tegangan Keluaran Sensor (Volt)

1 0 0 0,2549

2 5 44 0,2549

3 10 89 0,2549

4 20 178 0,2549

5 40 355 0,2549

6 50 444 0,3464

7 55 488 0,4314

8 60 533 0,4902

9 65 577 0,5490

10 70 622 0,6131

11 75 666 0,6850

12 80 710 0,7320

13 90 799 0,8431

14 100 888 0,9804

15 125 1110 1,3007

16 150 1332 1,8235

17 175 1554 2,6988

18 200 1776 3,7059

19 225 1998 4,5258

20 227 2016 4,5223

21 228 2025 4,5258

22 229 2007 4,5312

23 230 2042 4,5241

24 240 2131 4,5294

25 265 2353 4,5241

26 290 2575 4,5241

Dari tabel 4.2 ternyata diperoleh, dengan bertambahnya konsentrasi gas CO2 maka

   

4.1.4. Penentuan Persamaan Garis Linier

Proses pembuatan grafik antara Tegangan Keluaran (volt) dengan konsentrasi gas CO2 (ppm) dilakukan pada program excel 2007 , pengolahan data

dapat dilihat pada Tabel 4.3 dibawah ini. Bila konsentrasi gas CO2 (ppm) sebagai

absis ( X ) diplot dengan besarnya tegangan keluaran sensor sebagai ordinat ( Y ) diperoleh garis liniear Y = aX + b sebagai berikut :

Keterangan :

Xi = Konsentrasi gas CO2 (ppm)

Yi = Tegangan Keluaran Sensor ( Volt)

Y = aX + b (a =Kemiringan garis, b = perpotongan garis dengan sumbu Y) Dengan memasukkan data pada Tabel 4.3 diperoleh nilai :

a = 0,0022 a = 0,002

   ∑(Xi – ) x ( Yi – Y) a =

∑ (Xi – )2

   36940,4553 a =

16621864,55

26 

b = - a

b = 2,0262- (0,0022) (1127,42) b = -0,482

Dengan mensubstitusi nilai a= 0,002 dan b=-0,0482 ke persamaan regresi linier Y = aX + b diperoleh persamaan garis liniear melalui perhitungan Program Exel : Y = 0,002X - 0,482

Persamaan ini selanjutnya dimasukkan kedalam program komputer berupa software sehingga dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gas CO2 secara

27

   

Tabel 4.3 Pengolahan Data Penentuan Persamaan Garis Linier No.

Data

Konsentrasi gas CO2

(Xi)

V Keluar

(Yi)

Xi - Yi - ( Xi - )2 ( Yi - )2 ( Xi - ) x ( Yi - )

1  0  0,2549  ‐1128,44  ‐1,77  1273376,834  3,137  1998,8036 

2  44  0,2549  ‐1084,04  ‐1,77  1175142,722  3,137  1920,1579 

3  89  0,2549  ‐1039,64  ‐1,77  1080851,330  3,137  1841,5123 

4  178  0,2549  ‐950,84  ‐1,77  904096,706  3,137  1684,2210 

5  355  0,2549  ‐773,24  ‐1,77  597900,098  3,137  1369,6385 

6  444  0,3464  ‐684,44  ‐1,68  468458,114  2,822  1149,7187 

7  488  0,4314  ‐640,04  ‐1,59  409651,202  2,543  1020,7534 

8  533  0,4902  ‐595,64  ‐1,54  354787,010  2,359  914,9054 

9  577  0,5490  ‐551,24  ‐1,48  303865,538  2,182  814,2809 

10  622  0,6131  ‐506,84  ‐1,41  256886,786  1,997  716,2298 

11  666  0,6850  ‐462,44  ‐1,34  213850,754  1,799  620,2396 

12  710  0,7320  ‐418,04  ‐1,29  174757,442  1,675  541,0164 

13  799  0,8431  ‐329,24  ‐1,18  108398,978  1,400  389,5116 

14  888  0,9804  ‐240,44  ‐1,05  57811,394  1,094  251,4540 

15  1110  1,3007  ‐18,44  ‐0,73  340,034  0,526  13,3791 

16  1332  1,8235  203,56  ‐0,20  41436,674  0,041  ‐41,2556 

17  1554  2,6988  425,56  0,67  181101,314  0,452  286,2113 

18  1776  3,7059  647,56  1,68  419333,954  2,821  1087,6951 

19  1998  4,5258  869,56  2,50  756134,594  6,248  2173,5928 

20  2016  4,5223  887,32  2,50  787336,782  6,230  2214,8232 

21  2025  4,5258  896,20  2,50  803174,440  6,248  2240,1834 

22  2034  4,5312  905,08  2,50  819169,806  6,275  2267,2202 

23  2042  4,5241  913,96  2,50  835322,882  6,239  2282,9479 

24  2131  4,5294  1002,76  2,50  1005527,618  6,266  2510,1206 

25  2353  4,5241  1224,76  2,50  1500037,058  6,239  3059,2841 

26  2575  4,5241  1446,76  2,50  2093114,498  6,239  3613,8100 

 ∑  1128,44  2,0262  0,08  0,00  16621864,55  87,39  36940,4553 

4.1.5. Pembuatan Kurva Kalibrasi Gas CO2

Melalui data-data pada Tabel 4.3 grafik Tegangan Keluaran Sensor dengan

   

Dari kurva kalibrasi ternyata diperoleh persamaan garis linier Y = 0,002X - 0,482 dan nilai R2 = 0,938 artinya terdapat korelasi yang sangat kuat antara pertambahan konsentrasi gas CO2 dengan peningkatan tegangan keluaran sensor.

4.1.6. Program Keluaran Langsung Penentuan Kadar Gas CO2

Pada layar komputer terdapat program menu utama terdiri dari penentuan gas CO2 dan NO2 . Penentuan konsentrasi gas CO2 secara langsung dibuat melalui

program persamaan garis linier Y = 0,002X - 0,482 dimana Y = Tegangan Keluaran Sensor dan X = Kadar gas CO2.

Program keluaran langsung penentuan kadar CO2 dilakukan dengan

mengubah persamaan garis linier menjadi :

Gambar 4.2 : Kurva Kalibrasi Tegangan Keluaran Sensor Vs Konsentrasi Gas CO2

Y + 0,482 X =

0,002

   

Persamaan ini dimasukkan kedalam program, melalui alat mikrokontroler AT Mega 8535 yang berfungsi sebagai ADC maka pembacaan tegangan sensor akan menampilkan kadar gas CO2 dalam satuan ppm.

4.1.7. Data Program Keluaran Langsung Penentuan Kadar Gas CO2

Sebanyak volume tertentu gas CO2 hasil reaksi dimasukkan kedalam tabung

bervolume 4200 mL di ukur melalui sensor TGS 4160 dan sensor Instrumen AQ 5000 Pro, diperoleh data pada tabel 4.4 berikut ini:

Tabel 4.4 Konsentrasi Gas CO2 Hasil Pembacaan Sensor TGS 4160

dan Pembacaan Sensor IAQ 5000 Pro

No

Konsentrasi gas CO2

Pembacaan Sensor TGS 4160 (ppm)

Konsentrasi gas CO2

Pembacaan Sensor IAQ 5000 Pro (ppm)

Selisih Pembacaan

(ppm)

1 368,45 355 13,25

2 414,20 444 -29,80

3 583,48 660 -76,52

4 731,20 894 -162,80

5 891,33 1116 -224,67

6 1152,76 1336 -183,24

7 1590,38 1550 40,38

8 2093,94 1780 313,94

9 2503,92 1989 514,92

10 2506,60 2007 499,60

Jumlah Selisih Pembacaan Sensor TGS 4160 dan IAQ 5000 Pro 705,06

Rata-rata Selisih Pembacaan Sensor TGS 4160 dan IAQ 5000 Pro 70,51

   

 

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut ;

1. Sensor semikonduktor TGS 4160 dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi

gas CO2.

2. Sensor semikonduktor TGS 4160 dengan menggunakan Mikrokontroler AT

Mega-8535 dapat mengukur konsentrasi gas CO2 dengan batas 368,45 ppm

sampai 2506,60 ppm.

5.2 Saran

1. Diharapkan dari penelitian ini dapat dilakukan penelitian lebih lanjut

penggunaan sensor TGS 4160 untuk mendeteksi emisi gas CO2 yang dibuang

ke udara sehingga lebih sensitif dan rentang konsentrasi CO2 yang terukur lebih

besar.

2. Diharapkan dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan hasil yang

lebih presisi yaitu dengan digunakannya Mikorokontroler AT Mega 8535 dengan Analog to Digital Converter (ADC) beresolusi lebih tinggi yaitu 10 bit dan memasukkan faktor koreksi pada program pada saat proses kalibrasinya menggunakan alat komersil yang telah dikalibrasi dengan baik.

3. Diharapkan sensor TGS 4160 digunakan oleh pemerintah mengontrol emisi gas

CO2 yang dibuang ke udara .

4. Diharapkan Lab Kimia-USU memiliki gas standar sehingga peneliti selanjutnya

dapat menstandarisasi instrumen komersil yang akan digunakan dalam penelitian selanjutnya.

5. Diharapkan setiap kenderaan yang memakai bahan bakar minyak seperti ;

   

31

DAFTAR KEPUSTAKAAN

Ahmad Nurdin dan Adrian F.N. Venema.2004.Sensor Tehnology.Institut Tehnologi Bandung.

Darmono. 2001. Lingkungan Hidup dan Pencemaran Hubungannya dengan Toksikologi Senyawa Logam. Jakarta: UI Press.

Dampak Pemanasan Global dapat Menyebabkan Bencana di Bumi pada tahun 2012. Bertindaklah Sekarang. 2009. http//www.Idonbik.com.html

( 10 Maret 2010 ).

Edmonds, T.E. 1987. Chemical Sensor. New York : Chapman and Hall.

Erikson.B.H, Nosanchuk.T.A. Understanding Data. Alih Bahasa ; Sembiring. R.K. 1987. ITB

Figaro.G. 2009. Technical Information for Volatile Organic Compound (VOC)Sensors. USA: Figaro USA Inc.

Gunawan Budi. Mawas Juni 2010. Staf pengajar pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Muria Kudus.

Iwan Setiawan. 2009. Sensor dan Transduser. Bahan Ajar Universitas Diponegoro. Instrumen AQ 5000 Pro. 2002. Indoor Air Quality Monitor. Quest Tehnologies. Lumbantoruan, Henry Hasian.2008.Analisis Pengaruh Pemodulasian Terhadap

Sensifitas dan Seletifitas Sensor Gas Semikonduktor. Tesis Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya.

Mulyono HAM.2005. Membuat Reagen Kimia di Laboratorium. Bandung. Bumi Aksara.

Marlianto Eddy, dkk. 2010. Edisi I. Pedoman Umum Penulisan Tesis & Disertasi. FMIPA-USU Medan.

Robert W. Cattrall.1997.Chemical Sensor.Oxford University Press. Rukaesih Achmad. 2004. Pemanasan Global. Andi Yogyakarta.

Suyantoro, Fl. Sigit (ed). 2007. Pemrograman Mikrokontroler AT MEGA 8535

dengan C/C++ dan Assembler.Yogyakarta: Andi Yogyakarta.

Stanley E. Manahan.1984. Environmental Chemistry. University Of Missouri. Fourth Edition. PWS Publisers.

   

32

Hadi Sutrisno. 2000. Statistik. Penerbit Andi. Edisi II. Yogyakarta.

Treadwell F.P. . Enlarge and Revised by William T. Hall. Analytical Chemistry. Ninth English Edition. Jhon Wiley & Sons, Inc. New York-London.

WWW.8085projects.info/.../Carbon-dioxide-sensor-circuit-using-TGS4160- Principle-and-Application.aspx

   

 

L-3

GAMBAR GAMBAR PENELITIAN

Gambar 1 : Pembuatan Gas CO2

   

Gambar 3 : Sensor IAQ 5000 Pro

Gambar 4 : Pengarahan Penggunaan Sensor IAQ 5000 Pro dari Bpk Faisal

   

Gambar 5 : Pengamatan Kadar Gas CO2 Melalui IAQ 5000 Pro

   

Gambar 7: Pengukuran Langsung Kadar gas CO2 Mikrokontroler

 

     

 

Gambar 8 : Pengamatan Pengukuran Langsung Kadar gas CO2 melalui

   

                     

  Gambar 9 : Susunan Paralel antara TGS 4160 dengan IAQ 5000 Pro  

                     

   

           

   

 

Gambar 11 : Tampilan Pengukuran Langsung Kadar gas CO2

melalui IAQ 5000 Pro

         

   

                 

   

 

L-3

GAMBAR GAMBAR PENELITIAN

Gambar 3 : Sensor IAQ 5000 Pro

Gambar 4 : Pengarahan Penggunaan Sensor IAQ 5000 Pro dari Bpk Faisal  

   

Gambar 5 : Pengamatan Kadar Gas CO2 Melalui IAQ 5000 Pro

Gambar 7: Pengukuran Langsung Kadar gas CO2 Mikrokontroler

 

     

 

Gambar 8 : Pengamatan Pengukuran Langsung Kadar gas CO2 melalui

TGS 4160

                         

  Gambar 9 : Susunan Paralel antara TGS 4160 dengan IAQ 5000 Pro

                       

                   

Gambar 11 : Tampilan Pengukuran Langsung Kadar gas CO2

melalui IAQ 5000 Pro

         

Gambar 12 : Foto setelah Selesai Penelitian di LAB BTKL Medan bersama pak Faisal