REALISASI ALAT UKUR PARTICULATE MATTER ( PM ) GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR MENGGUNAKAN SENSOR FOTODIODA

(1)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Seiring bertambahnya kendaraan bermotor menyebabkan tingginya pencemaran udara. Semua kendaraan bermotor yang dioperasikan akan mengeluarkan gas buang. Gas buang yang dilepaskan bebas ke atmosfir akan bercampur dengan udara segar. Dalam gas buang terkandung bahan yang berbahaya bagi kesehatan dan mencemarkan udara segar yang ada di atmosfir (Sukidjo, 2008). Pencemaran udara tersebut diakibatkan dari gas buang kendaraan bermotor yang mengandung gas karbon monoksida (CO), sulfur trioksida (SO3), nitrogen (NOx), dan Particulate Matter (PM). Pencemaran udara yang berasal dari gas buang kendaraan bermotor merupakan faktor utama menurunnya kualitas udara.

Dampak terhadap kesehatan yang disebabkan oleh pencemaran udara akan terakumulasi dari hari ke hari, dalam jangka waktu lama apabila melebihi ambang batas yang ditentukan akan berakibat pada berbagai gangguan kesehatan pada manusia, seperti bronchitis, emphysema, dan kanker paru-paru serta gangguan kesehatan lainnya (Ferdyan, 2006).

Particulate Matter (PM) atau bahan partikulat merupakan padatan atau liquid di udara berbentuk asap, debu dan uap yang dapat menetap di atmosfir dalam waktu yang lama. Partikulat merupakan bahan yang berbahaya jika terhisap ke dalam pernapasan yang akan mengganggu kerja paru-paru. Partikel yang terhisap dalam paru-paru, jika dalam ukuran besar akan menetap di pernapasan atas sedangkan ukuran kecil (inhalable) akan menetap di paru-paru dalam waktu yang lama. Partikel inhalable merupakan partikel yang ukurannya kurang dari 10 µm. PM-10 penyebab peningkatan angka kematian yang disebabkan jantung dan paru-paru (Haryanto, 2010). PM-10 diketahui dapat meningkatkan angka kematian yang

(2)

disebabkan oleh penyakit pernafasan, pada konsentrasi 140 μ g/m3 dapat menurunkan fungsi paru-paru pada anak-anak, sementara pada konsentrasi 350 μ g/m3 dapat memperparah kondisi penderita bronkhitis. Toksisitas dari partikel inhalable tergantung dari komposisinya (Mukono, 2009).

Untuk mengontrol akan kualitas udara diperlukan sebuah alat yang dapat mengukur banyaknya bahan partikulat dalam gas kendaraan, sehingga kita dapat mengetahui kendaraan yang mengeluarkan bahan partikulat yang melewati batas maksimumnya. Pada penelitian Fitri Adi K. (2006) merealisasikan alat ukur kadar Particulate Matter (PM) pada gas buang kendaraan bermotor. Pada penelitian tersebut, data yang didapat ditampilkan melalui LCD dan tidak memperlihatkan pengaruh lamanya waktu pengukuran terhadap kadar PM yang dikeluarkan oleh kendaraan bermotor. Dari penelitian tersebut, kami mencoba membuat alat dengan metode yang lain. Alat yang akan dirancang ini dapat mengukur kadar Particulate Matter 10 µm (PM-10) pada gas buang kendaraan bermotor menggunakan sensor fotodioda. Perubahan tegangan yang didapat dari keluaran sensor fotodioda akan dibandingkan dengan perubahan massa yang terukur dengan timbangan digital. Sehingga dapat ditarik suatu hubungan antara perubahan massa dengan tegangan yang didapat dari sensor fotodioda.

B. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. merealisasikan instrumen pengukur kadar Particulate Matter (PM) pada gas buang kendaraan bermotor;

2. merancangan pengukur kadarParticulate Matter(PM) menggunakan sensor fotodioda

(3)

Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. diketahuinya kadar PM-10 dalam gas buang kendaraan bermotor; 2. diketahuinya perubahan tegangan PM-10 yang terukur pada fotodioda.

D. Batasan Masalah

Batasan masalah yang pada penelitian ini berkisar tentang: 1. parameter yang diukur adalah tegangan output dari sensor; 2. menggunakan LED dan fotodioda;

3. PM yang diukur berasal dari kendaraan bermotor;

E. Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Bagaimana merancang sebuah sistem elektronika yang dapat mengukur kadar Particulate Matter(PM) dalam gas buang kendaraan bermotor?

(4)

II. TINJAUAN PUSTAKA

A.Particulate Matter(PM)

Particulate Matter (PM) atau materi/bahan partikulat, biasa disebut juga debu, merupakan padatan atau liquid berupa asap, debu, atau uap yang akan menetap di atmosfir dalam waktu yang lama. Materi partikulat yang terhisap jika dalam ukuran besar akan menetap di pernapasan atas dalam waktu lama dan jika dalam ukuran kecil (inhalable) akan masuk kedalam paru-paru dan merusak pernapasan. Partikulat dalam ukuran kecil yaitu ukuran dibawah 10 µm. Partikulat-10 (PM-10) merupakan penyebab utama kematian yang disebabkan jantung dan paru-paru (Haryanto, 2010).

PM-10 diketahui dapat meningkatkan angka kematian yang disebabkan oleh penyakit pernafasan, pada konsentrasi 140 μ g/m3dapat menurunkan fungsi paru-paru pada anak-anak, sementara pada konsentrasi 350 μ g/m3 dapat memperparah kondisi penderita bronkhitis. Toksisitas dari partikelinhalabletergantung dari komposisinya (Mukono, 2009).

PM-10 adalah salah satu penyebab infeksi saluran pernafasan bagian atas dan bawah seperti batuk, bronkhitis dan asma terutama pada anak-anak yang pengaruhnya diwakilkan dalam jumlah hari sakit (restricted activity days (RAD)). Kelompok umur yang memiliki resiko jatuh sakit yang tinggi karena pencemaran PM-10 adalah anak-anak. PM-10 menjadi variabel penjelas bagi kemungkinan jatuh sakit pada anak-anak juga jumlah hari sakit pada anak. Hal ini menunjukkan bahwa anak-anak adalah kelompok yang paling rentan terkena dampak pencemaran PM-10 pada khususnya dan pencemaran udara pada umumnya (Amalia, 2010). Sumber utama partikulat adalah pembakaran batu bara, proses industri (industri logam, industri kimia, industri semen, pabrik kertas dan lain-lain), kebakaran hutan dan pembakaran

(5)

sampah pertanian (Faisal, 2009). Beberapa partikulat dapat melayang di udara dalam berbagai bentuk. Komponen dan senyawa penyusun ditunjukkan pada Tabel 1(Gemilang, 2011).

Tabel 1. Komponen dan Senyawa PenyusunParticulate

No Komponen Senyawa 1 Karbon

2 Besi Fe2O3, Fe3O4

3 Magnesium MgO

4 Kalsium CaO

5 Almunium Al2O3

6 Sulfur SO2

7 Titanium TiO2

8 Karbonat CO3

-9 Silikon SiO2

10 Fosfor P2O5

11 Kalium K2O

12 Natrium Na2O

Berdasarkan peraturan pemerintah No.41 Tahun 1999 Tentang Pengendalian Pencemaran Udara dapat diketahui bahwa baku mutu udara ambient nasional untuk PM-10 dengan waktu pengukuran 24 jam menghasilkan PM-10 sebanyak 150 µg/m3 dan untuk jenis gas lainnya dapat dilihat pada lampiran.

Emisi CO merupakan emisi utama pada kendaraan bermotor diikuti oleh emisi NOx dan HC. Sedangkan emisi SO2 dan partikel (PM - Particulate Matter) meskipun relatif kecil jumlahnya bila dibandingkan dengan emisi lainnya, namun dampak terhadap kesehatan

(6)

manusia cukup besar. Sehingga emisi SO2 dan PM perlu juga mendapat perhatian dalam rangka mengurangi emisi sektor transportasi (Wirawan, 2008).

Tabel 2. Koefisien Emisi Kendaraan Bermotor Yang Dianalisis

B.Light Emitting Diode(LED)

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya.LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula (Melati, 2011).

(7)

Gambar 1. LED

Ketentuan ukuran arus dan tegangan di tinjau dari segi karakteristik led itu sendiri dari pabrik produksinya. Led kecil yang umum di jual di pasaran voltase yang dipakai biasanya kisaran 3 volt dengan arus orde mili Ampere dan ada juga lebih tinggi dari itu. Commod anoda

merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki anoda. Kaki anoda dihubungkan dengan tegangan Vcc. Common anoda biasanya sering disebut dengan istilah aktif low. Common katoda merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki katoda. Kaki katoda dihubungkan dengan ground. Common katoda biasanya sering disebut dengan istilah aktif high (Indra, 2010).

Sumber optik yang umum digunakan pada sistem komunikasi serat optik adalahLight Emitting Diode

(LED) dan Laser Diode(LD). Keduanya merupakan susunan semi-konduktor sambungan P-N yang apabila diberi bias maju akan memancarkan energi optik dalam bentuk foton. Intensitas cahaya yang

dihasilkan LED lebih rendah dibandingkan dengan LD, sehingga LED umumnya hanya digunakan

untuk sistem serat optik jarak pendek seperti pada gedung-gedung dan pesawat terbang. Sedangkan

LD dengan intensitas yang tinggi dan koheren sangat sesuai digunakan pada sistem komunikasi jarak

jauh (Hanafiah, 2006).

C. Fotodioda

Fotodioda adalah semikonduktor sensor cahaya yang menghasilkan arus atau tegangan ketika sambungan semikonduktor p-n dikenai cahaya. Piranti fotokonduktivitas dibuat dengan

(8)

tujuan menghasilkan perubahan resistansi atau tegangan ketika disinari cahaya. Dengan demikian devices banyak digunakan sebagai ON-OFF devices, measuring devices, atau limited power sources(Irzaman, 2007).

Gambar 2. Fotodioda

Gambar 3. Simbol Fotodioda

Fotodioda dapat digunakan pada zero bias dan bias reverse. Pada zero bias, cahaya yang mengenai dioda menyebabkan timbulnya tegangan dan mengakibatkan arus mengalir pada bias forward. Hal ini disebut dengan efek photovoltaic. Resistansi fotodioda sangat besar ketika berada pada bias reverse. Resistansi ini akan berkurang ketika sebuah cahaya dengan frekuensi yang sesuai jatuh mengenai junction sehingga dioda akan berfungsi seperti saklar tertutup dan arus dapat mengalir. Oleh karena itu dioda dengan bias reversedapat digunakan untuk mendeteksi cahaya dengan cara mengamati ada tidaknya arus yang mengalir pada dioda tersebut (Singgih, 2006).

Apabila bagian positif fotodioda dihubungkan dengan kutub positip dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatip fotodioda dihubungkan dengan bagian negatif baterai, maka terjadi hubungan yang dinamakan "forward bias". Dalam keadaanforward bias, di dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan. Jadi arus listrik yang mengalir di dalam Sambungan p-n disebabkan oleh gerakan hole dan gerakan elektron.

(9)

Arus listrik itu mengalir searah dengan gerakan hole, tapi berlawanan arah dengan gerakan elektron.

Apabila bagian positif fotodioda dihubungkan dengan kutup negatip baterai dan bagian negatif fotodioda dihubungkan dengan kutub positip baterai, maka sekarang terbentuk hubungan yang dinamakan "reverse bias". Dengan keadaan seperti ini, maka hole (pembawa muatan positip) dapat tersambung langsung ke kutub positip, sedangkan elektron juga langsung ke kutub positip. Jadi, jelas di dalam Sambungan p-n tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik hole maupun elektron. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam bagian P bergerak berusaha mencapai kutub positip baterai (Warsito, 2007).

Sebuah sensor fotodioda yang berfungsi sebagai penerima cahaya inframerah 56kHz yang umumnya digunakan pada sistemremote controlinframerah. Pada Sensor ini terdapat sebuah fotodioda yang dilengkapi dengan penguat, pembatas, band pass filter (BPF), demodulator dan komparator (Haryadi, 2007).

D.Operasional Amplifier(Op-Amp)

Penguat adalah suatu rangkaian yang menerima sebuah isyarat di masukkan dan mengeluarkan isyarat tak berubah yang lebih besar di keluarannya. Sedangkan nama penguat operasional diberikan kepada penguat gain, yang dirancang untuk melaksanakan tugas-tugas matematis seperti penjumlahan, pengurangan perkalian dan pembagian. Beberapa penggunaan op amp pada masa kini adalah di bidang-bidang pengendalian proses, komunikasi, komputer, sumber daya dan isyarat, sistem peragaan, dan sistem pengukuran atau sistem pengujian (Kristyawati dan siswono, 2010).

(10)

Non inverting Amplifier, seperti namanya, merupakan rangkaian penguat tegangan yang tidak membalik fase output terhadap input. Besar penguatan yang dihasilkan oleh rangkaian non inverting amplifiermengikuti persamaan 1 dibawah ini :

= + 1 .

Inverting amplifier merupakan rangkaian penguat tegangan yang membalik fase output terhadap input. Besar penguatan yang dihasilkan oleh rangkaian inverting amplifier

mengikuti persamaan 2 dibawah ini (Kurniawan dan rizal, 2009):

= .

E. Kertas Saring GF

Kertas saring GF merupakan kertas saring filter microfiber. Terdapat 5 jenis kertas GF, yaitu GF/A, GF/B, GF/C, GF/D, dan GF/F. Kertas GF biasa disebut kertas Whatman. Kertas GF berguna untuk memfilter partikulat tersuspensi dalam zat cair atau zat padat, suspensi padatan yang terdapat di alam atau di industri, dan memantau polusi udara (Tarigan, 2003).

GF/A (1.6 mm) yaitu Filter yang didapat dari Filter Whatman. Tersedia dalam corong filter 70 mm dengan kapasitas 250 mL, terbentuk integral polipropil, filter ikatan panas. Selain itu, terdapat pula filter 47 mm dengan kapasitas 250 mL. Filter 47 mm dapat dengan mudah dibersihkan untuk analisis atau penelitian lebih lanjut.Kertas saring Whatman GF/A dapat digunakan untuk analisa kadar klorofil, karbohidrat total, protein total, dan lemak total. GF/A memiliki tingkat efisiensi filter yang tinggi. GF/A sesuai untuk menangkap padatan dalam air dan menyaring partikulat dalam air, alga, serta struktur bakteri, juga secara umum digunakan untuk memantau polusi udara(Whatman, 2007).

(11)

Sistem pengambilan debu/partikulat untuk pemantauan kualitas udara emisi, diperlukan sistem filtrasi oleh kertas saring penangkap debu emisi. Untuk penggunaan kertas saring, terlebih dahulu kertas saring dipanaskan pada suhu 1050C selama 2 jam, agar kertas saring yang digunakan tidak mengandung padatan yang dapat mempengaruhi hasil timbangan , setelah itu dapat dimasukkan ke dalam wadah yang telah vacumm (Ardeniswan, 2010).

(12)

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Instrumentasi jurusan Fisika Universitas Lampung. Penelitian dimulai pada bulan November 2011 sampai dengan bulan Maret 2012.

B. Tahap Metode Penelitian

Dalam sebuah penelitian diperlukan tahapan yang harus dilakukan.Dengan tujuan, dapat membantu pengerjaan dalam sebuah penelitan dan memberikan gambaran secara umum hal-hal yang dilakukan dalam penelitian ini. Adapun tahap yang dilakukan dalam metode penelitian sebagai berikut.

1. Menentukan alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini. 2. Perancangan sistem diagram blok.

3. Perancangan perangkat keras. 4. Metode analisis.

C. Alat dan Bahan

Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain sebagai berikut: 1. Solder untuk melelehkan timah agar komponen menyatu dengan PCB.

2. Desoldering pump untuk menyedot timah pada PCB jika terjadi kesalahan pemasanga komponen.

(13)

3.Multimeter untuk mengukur tegangan keluaran pada rangkaian

Sedangkan bahan-bahan yang dipakai antara lain sebagai berikut:

1. Kertas saring GF untuk menampungparticulate matteryang akan diukur. 2. Papan PCB sebagai jalur komponen dan meletakkan komponen.

3. Resistor untuk memperkecil arus yang masuk pada rangkaian. 4. Kapasitor sebagai penyimpan muatan listrik.

5. Trafo sebagai sumber AC.

6. Dioda sebagai penyearah arus AC ke DC.

7. IC Regulator LM7805 untuk pengatur tegangan yang dipakai. 8. Larutan FeCl3untuk melarutkan PCB.

9. LED untuk memancarkan sumber cahaya.

10. Fotodioda untuk menangkap cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya. 11. Op-amp LM741 sebagai penguat tegangan keluaran.

12. Potensiometer (resistor variabel) sebagai pengatur besarnya arus yang masuk pada rangkaian.

D. Perancangan Sistem Blok Diagram

Dalam perancangan perangkat keras dibutuhkan sebuah diagram blok yang dapat menggambarkan secara umum penelitian yang dilakukan, ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 4. Blok Diagram Alat Gas Buang

Kendaraan

Sensor Kertas

(14)

E. Perancangan Perangkat Keras

Pada perancangan perangkat keras menjelaskan perangkat keras yang digunakan pada seluruh rangkaian.

1. Rangkaian Catu Daya

Pada rangkaian ini, digunakan IC Regulator 7805 untuk mengontol tegangan yang masuk ke semua alat yang dipergunakan, agar tidak ada daya yang melebihi kapasitas dari rangkaian tersebut.

Gambar 5. Rangkaian Catudaya

2. Rangkaian Intensitas Cahaya

Rangkaian intensitas cahaya merupakan rangkaian yang terdiri dari LED dan fotodioda yang menghasilkan sebuah tegangan saat mendapat penghalang cahaya dan terhubung pada op-amp yang berfungsi sebagai penguat tegangan yang dihasilkan sensor.

(15)

Mekanisme yang digunakan dalam penggunaan sensor intensitas cahaya adalah dengan menyisipkan kertas saring baik yang bersih maupun yang telah memiliki pengotor. Ketika kertas saring ditempatkan diantara LED dan fotodioda akan menghalangi cahaya yang diterima oleh fotodioda sehingga tegangan keluaran akan berubah. Tegangan yang dihasilkan akan diukur pada port 6 di om-amp yang berfungsi sebagai port output.

F. Langkah-Langkah Penelitian

Langkah awal proses pembuatan suatu alat dan program adalah dengan membuat suatu diagram alir yang dapat menjelaskan proses penelitian dan langkah-langkah dalam penulisan program tersebut. Diagram alir dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

mulai

Perancangan Model Sistem

Penentuan Spesifikasi Rangkaian

Perancangan Blok Diagram

Pengujian Fungsi Instrumen Realisasi Perancangan Penentuan Rangkaian Dan Komponen

Instrumen berfungsi

(16)

tidak

G. Metode Analisis

Untuk mengetahui tegangan yang diperoleh pada rangkaian intensitas cahaya, maka dilakukan penelitian dengan perubahan tegangan yang terjadi pada rangkaian intensitas cahaya yaitu, ketika pengukuran dengan jenis kendaraan yang sama dengan perubahan lama pengukuran massa, ketika lama pengukuran tetap dengan jenis kendaraan yang berbeda, dan jenis kendaraan berbeda dngan Rpm kendaraan tersebut. Data pengamatan setelah semua alat terpasang ditunjukkan pada tabel rencana pengukuran.

Tabel 3. Rencana Tabel Pengamatan Hubungan Jenis Kendaraan A Dengan Perubahan Waktu Pengukuran

(17)

No Jenis Kendaraan Lama Pengukuran Tegangan PM-10 1 Kendaraan A 1 menit

2 2 menit

3 3 menit

4 4 menit

5 5 menit

6 Kendaraan B 1 menit

7 2 menit

8 3 menit

9 4 menit

10 5 menit

Tabel 4. Rencana Tabel Pengukuran Hubungan Waktu Pengukuran Dengan Perbedaan Jenis Kendaraan

No Lama Pengukuran Jenis Kendaraan

Tegangan PM-10

1 1 menit Kendaraan A

2 Kendaraan B

3 Kendaraan C

4 Kendaraan D

5 Kendaraan E

Tabel 5. Rencana Tabel Pengamatan Hubungan Perbedaan Jenis Kendaraan Dengan RPM Kendaraan

No Jenis Kendaraan Rpm Kendaraan Tegangan PM-10

(18)

2 3 4 5

6 Kendaraan B

7 8 9 10

Sedangkan yang grafik yang terbentuk berdasarkan tabel-tabel ini menjadi perubahan tegangan yang berupa fungsi linear karena perubahan massa yang didapat dari rangkaian intensitas cahaya sangatlah kecil dan terus bertambah seiring lama pengukuran.

Gambar 7. Rencana Grafik Hubungan Pengaruh Lama Pengukuran Terhadap Kadar PM-10 Pada Setiap Jenis Kendaraan

K a d a r P M -1 0 ( g /c m 3)

Lama Pengukuran (menit)

Pengaruh Lama Pengukuran Terhadap Kadar PM-10

(19)

Gambar 8. Rencana Grafik Hubungan Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Kadar PM-10 Per Menit

Gambar 9. Rencana Grafik Hubungan Pengaruh Rpm Kendaraan Terhadap Kadar PM-10 Pada Setiap Kendaraan

Dari data hasil pengamatan, dapat diketahui perbandingan jenis kendaraan, waktu pengukuran dan kecepatan putaran atau Rpm kendaraaan terhadap besarnya kadar PM-10 dalam gas buang kendaraan bermotor

K a d a r P M -1 0 ( g /c m 3)

Jenis Kendaraan

Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Kadar PM-10

K a d a r P M -1 0 ( g /c m 3 )

rpm Kendaraan

Pengaruh RPM Kendaraan Terhadap Kadar PM-10

(20)

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Simpulan yang didapat dari penelitian yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Dapat terealisasi alat ukurparticulate matter(PM) menggunakan sensor fotodioda. 2. Jarak yang digunakan antara Led dan fotodioda kurang dari 0,5 cm dengan tegangan

yang dihasilkan sebesar 4,30 volt karena jarak yang semakin jauh akan menurunkan nilai tegangan yang dihasilkan akibat berkurangnya intensitas cahaya yang diterima fotodioda.

3. Tegangan keluaran akan stabil pada lama pengambilan sampel kurang dari 15 menit karena pengujian diatas 20 menit menghasilkan massa dan tegangan yang berubah-ubah ketika diukur akibat kertas saring yang rusak/robek.

4. Konsentrasi PM pada motor 2 Tak memiliki perubahan massa yang lebih tinggi dibandingkan motor 4 Tak yang terlihat dari massa maupun tegangan yang terukur 5. Konsentrasi PM pada mobil berbahan bakar solar mengalami kenaikan yang berlebih

ketika pengambilan data lebih dari 10 menit yang disebabkan oleh bahan bakar yang digunakan.

6. Konsentrasi PM pada mobil berbahan bakar premium lebih stabil baik dari segi tegangan maupun massa yang terukur.

7. Konsentrasi mobil berbahan bakar solar lebih tinggi dibandingkan dengan mobil berbahan bakar premium.

8. Jarak pengambilan sampel sekitar 5 – 10 cm dari knalpot agar kertas saring tidak mudah rusak.

(21)

B. Saran

Untuk pengembangan penelitian selanjutnya, disarankan untuk memperimbangkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Mengganti filter atau kertas saring yang memiliki diameter lebih kecil untuk mengukur besar emisi yang dikeluarkan oleh sebuah kendaraan pada diameter PM yang lebih kecil.

2. Untuk mengukur particulate matter menggunakan rangkaian timbangan yang lebih presisi dan adc dengan bit yang lebih besar.

3. Proses pengambilan sampel yang terukur langsung dapat terhubungan dengan sensor. 4. Untuk program tampilan data selanjutnya ditambahkan database dalam bentuk PHP

(22)

REALISASI ALAT UKURPARTICULATE MATTER( PM ) GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR MENGGUNAKAN SENSOR FOTODIODA

( Skripsi )

Oleh

Richa Wilyusdinik

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2012

(23)

REALISASI ALAT UKURPARTICULATE MATTER( PM ) GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR MENGGUNAKAN SENSOR FOTODIODA

Oleh

RICHA WILYUSDINIK

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA SAINS

Pada Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2012

(24)

Judul Skripsi :REALISASI ALAT UKURPARTICULATE

MATTER(PM) GAS BUANG KENDARAAN

MENGGUNAKAN SENSOR FOTODIODA Nama Mahasiswa :RICHA WILYUSDINIK

Nomor Pokok Mahasiswa : 0717041058

Jurusan : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MENYETUJUI, 1. Komisi Pembimbing

Pembimbing I Pembimbing II

Drs. Amir Supriyanto, M.Si. Sri Wahyu Suciati, M.Si. NIP. 19650407 199111 1 001 NIP. 19710829 199703 2 001

2. Ketua Jurusan Fisika

Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D. NIP. 19631228 198610 2 001

(25)

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua :Drs. Amir Supriyanto, M.Si. ………

Sekretaris :Sri Wahyu Suciati, M.Si. ………

Penguji

Bukan Pembimbing :Gurum Ahmad Pauzi, M.T. ………

2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof. Suharso, Ph. D. NIP.19690530 199512 1 001

(26)

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka, selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.

Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.

Bandar Lampung, 22 Mei 2012

Richa Wilyusdinik NPM.0717041058

(27)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta, 26 April 1989, anak pertama dari tiga bersaudara pasangan Bapak Hanipuddin dan Ibu Marwila.

Pendidikan yang telah ditempuh, SDN Irsyad Al-Islamiyah Jakarta Pusat tahun 2001, SLTPN 1 Cikini Jakarta tahun 2004, dan SMAN 25 Jakarta Pusat 2007. Penulis diterima da terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam pada tahun 2007 melalui ujian Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB).

Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam organinasi kemahasiswaan Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) sebagai Sekretaris Bidang Ilmu Pengetahuan Dan teknologi (IPTEK). Penulis juga pernah menjadi asisten Fisika Dasar I dan II tahun 2010-2011 serta asisten Fisika Initi tahun 2011. Pada Januari Februari 2011, penulis melaksanakan kerja praktik di Pusat Penelitia Fisika-Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2F-LIPI) dengan judul Analisis dan Konstruksi Ekstensometer Optik Sebagai Pendeteksi Dini Longsor .

(28)

Aku persembahkan karya ini untuk orang-orang yang kucintai

dan kusayangi

Orang tuaku tercinta .

Terima kasih atas semua yang engkau berikan Adik-adiku tersayang

Terima kasih atas kebersamaannya,, Seluruh pengajar dan pendidik

Terima kasih telah mengajarkan ilmu dan pengetahuan kepadaku Kekasih Hatiku

Terima kasih atas segala dukungan yang diberikan kepadaku Dan

(29)

Apakah saya gagal atau sukses, bukanlah hasil

perbuataan orang lain. Sayalah yang menjadi

pendorong diri sendiri.

( Elaine Maxwell)

Pohon yang tidak pernah berjuang mendapatkan

sinar matahari, langit, udara dan terang, tidak

akan pernah menjadi raja hutan, melainkan hidup

dan mati percuma Kayu yang baik, tidak tumbuh

dengan mudah, semakin kencang anginnya, semakin

(30)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa karena atas limpahan rahmat dan karunianya, penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi

dengan judul “ Realisasi Alat Ukur Particulate Matter (PM) Gas Buang Kendaraan Menggunakan Sensor Fotodioda” sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

Skripsi ini menjelaskan tentang pengukuran materi/bahan partikulat yang dihasilkan kendaraan bermotor menggunakan sensor fotodioda yang memperlihatkan perubahan tegangan.

Penulis menyadari banyak kekurangan dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan guna kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat berguna bagi pengetahuan mahasiswa khususnya serta masyarakat pada umumnya. Amien.

Bandar Lampung, 22 Mei 2012 Penulis

(31)

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Puji syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas kuasa-Nya penulis diberi kesempatan mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

2. Ibu Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika 3. Drs. Amir Supriyanto, M.Si. selaku pembimbing I

4. Ibu Sri Wahyu Suciati, M.Si. selaku pembimbing II

5. Bapak Gurum Ahmad Fauzi, M.T. selaku penguji/pembahas 6. Ibu Suprihatin, M.Si selaku pembimbing akademik

7. Para dosen dan karyawan di Jurusan Fisika

8. Teman-teman angkatan 2007; juana, benhard, mardi, eca, reka, budi, manto, ali, kis, iis, fitri, arin, lisna, miftah, arum, ade, muhajir, sherly, een, ridwan, eko, fery, hendry, lia, eva, yuyun, ulfah, nevi, kimi, dian, pascoli, aan, desi, meta, satya, risky, robi.

9. Rekan-rekan mahasiwa; mb’lilma, mb’jay, mb’maria, ka’catur, ka’meka,

ka’martin, adik tingkat (angkatan 2008-2011), kakak tingkat (angkatan 2004-2006) dan berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

(32)

ABSTRAK

REALISASI ALAT UKURPARTICULATE MATTER( PM ) GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR MENGGUNAKAN SENSOR FOTODIODA

Oleh

RICHA WILYUSDINIK

Dalam realisasi alat ukur particulate matter (PM) digunakan sensor intensitas cahaya untuk mendeteksi perubahan fisis ke bentuk tegangan. Sensor terdiri atas LED dan fotodioda yang dipisah dengan jarak 0,5 cm dan tegangan keluarannya diperkuat oleh op-amp 741. Proses pengambilan data PM dilakukan dengan cara mengukur tegangan keluaran dari kertas GF/A yang telah menampung PM dari gas buang kendaraan dengan waktu yang telah ditentukan (5 menit, 7 menit, 10 menit, 12 menit dan 15 menit). Pengambilan data dengan variasi waktu menunjukkan peningkatan massa PM juga menunjukkan keterbatasan kondisi kertas GF/A yang mudah rusak/robek ketika pengambilan data dilakukan lebih dari 15 menit. Sedangkan variasi jenis kendaraan menunjukkan jenis kendaraan 2 Tak cenderung lebih tinggi dibanding kendaraan 4 tak dengan perubahan selisih tegangan antara 0,014 - 0,090 Volt serta kendaraan berbahan bakar solar lebih tinggi dibanding kendaraan berbahan bakar premium dengan perubahan selisih tegangan antara 0,034–0,080 Volt.

(33)

ABSTRACT

REALIZATION MEASURING INSTRUMENT of PARTICULATE MATTER ( PM ) GAS THROW AWAY MOTOR VEHICLE WITH

CENSOR of FOTODIODE

Oleh

RICHA WILYUSDINIK

In measuring instrument realization of particulate matter (PM) used light intensity censor to detect change of fisis to tension form. Censor consist of LED and of fotodioda disjointed with distance 0,5 cm and output voltage strenghtened by op-amp 741. Process intake of data of PM by measuring output voltage of paper of GF/A which have accomodated PM of gas throw away vehicle with time which have been determined ( 5 minute, 7 minute, 10 minute, 12 minute and 15 minute). Intake of data with time variation show the make-up of mass of PM also show limitation of paper condition of GF/A easy a destroy/tear when intake of data more than 15 minute. While vehicle type variation is show vehicle type 2 Tak compared to higher vehicle 4 Tak with change of voltage difference among 0,014 - 0,090 Volt and also vehicle of diesel fuel compared to higher

vehicle of gasoline with change of tension difference among/between 0,034 - 0,080 Volt.

(34)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI...i

DAFTAR TABEL...iii

DAFTAR GAMBAR...iv

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1

B. Tujuan Penelitian... 3

C. Manfaat Penelitian... 3

D. Batasan Masalah ... 3

E. Rumusan Masalah ... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Particulate Matter(PM) ... 5

B. Light Emitting Diode(LED) ... 8

C. Fotodioda... 9

D.Operasional Amplifier(Op-Amp)... 11

E. Kertas Saring GF ... 12

IV. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 14

B. Tahap Metode Penelitian... 14

C. Alat dan Bahan ... 14

D. Perancangan Sistem Blok Diagram... 15

E. Perancangan Perangkat Keras ... 16

F. Langkah-Langkah Penelitian ... 17

G. Metode Analisis ... 19

V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil ... 21

B. Pembahasan 1. Catu Daya ... 29

2. Intensitas Cahaya... 29

(35)

VI. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ...48 B. Saran ...49

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(36)

iii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Komponen dan Senyawa PenyusunParticulate... 6 Tabel 2. Koefisien Emisi Kendaraan Bermotor Yang Dianalisis ... 7 Tabel 3. Rencana Tabel Pengamatan Hubungan Jenis Kendaraan A Dengan

Perubahan Waktu Pengukuran ...19 Tabel 4. Rencana Tabel Pengamatan Hubungan Waktu Pengukuran Dengan

Perbedaaan Jenis Kendaraan...20 Tabel 5. Rencana Tabel Pengamatan Hubungan Perbedaan Jenis Kendaraan

Dengan RPM Kendaraan ...20 Tabel 6. Pengujian Alat Hasil Rancangan Pada Motor 2 Tak ...30 Tabel 7. Pengujian Alat Hasil Rancangan Pada Motor 4 Tak ...30 Tabel 8. Pengujian Alat Hasil Rancangan Pada Mobil Berbahan Bakar Solar...31 Tabel 9. Pengujian Alat Hasil Rancangan Pada Mobil Berbahan Bakar Premium ...31

(37)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. LED ...8

Gambar 2. Fotodioda...9

Gambar 3. Simbol Fotodioda ...9

Gambar 4. Blok Diagram Alat ...16

Gambar 5. Rangkaian Catudaya...16

Gambar 6. Rangkaian Intensitas Cahaya ...17

Gambar 7. Rencana Grafik Hubungan Pengaruh Lama Pengukuran Terhadap Kadar PM-10 Pada Setiap Jenis Kendaraan ...21

Gambar 8. Rencana Grafik Hubungan Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Waktu Pengukuran per Menit ...21

Gambar 9. Rencana Grafik Hubungan Pengaruh RPM Kendaraan Terhadap Kadar PM-10 Pada Setiap Kendaraan...22

Gambar 10. Hasil Rancangan Alat UkurParticulate Matter...23

Gambar 11. Perangkat Keras Alat UkurParticulate Matter...24

Gambar 12. Kertas Saring Tanpa Pengotor...26

Gambar 13.Foto Kertas Saring Pada Pengujian Motor 2 Tak.(a) waktu 5 menit (b) waktu 7 menit (c) waktu 10 menit (d) waktu 12 menit (c) waktu 15 menit...27

Gambar 14. Foto Kertas Saring Pada Pengujian Motor 2 Tak.(a) waktu 5 menit (b) waktu 7 menit (c) waktu 10 menit (d) waktu 12 menit (c) waktu 15 menit...28

Gambar 15. Foto Kertas Saring Pada Pengujian Motor 2 Tak.(a) waktu 5 menit (b) waktu 7 menit (c) waktu 10 menit (d) waktu 12 menit (c) waktu 15 menit...29

(38)

Gambar 16. Foto Kertas Saring Pada Pengujian Motor 2 Tak.(a) waktu 5 menit (b) waktu 7 menit (c) waktu 10 menit (d) waktu 12 menit (c) waktu 15 menit...30 Gambar 17. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Tegangan PM

Pada Motor 2 Tak...33 Gambar 18. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Massa PM Pada

Motor 2 Tak ...33 Gambar 19. Hubungan Pengaruh Tegangan Terhadap Massa PM Pada Motor 2

Tak...34 Gambar 20. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Tegangan PM

Pada Motor 4 Tak...35 Gambar 21. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Massa PM Pada

Motor 4 Tak ...35 Gambar 22. Hubungan Pengaruh Tegangan Terhadap Massa PM Pada Motor 4

Tak...36 Gambar 23. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Tegangan PM

Pada Mobil Berbahan Bakar Solar ...37 Gambar 24. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Massa PM Pada

Mobil Berbahan Bakar Solar...38 Gambar 25. Hubungan Pengaruh Tegangan Terhadap Massa PM Pada Mobil

Berbahan Bakar Solar ...39 Gambar 26. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Tegangan PM

Pada Mobil Berbahan Bakar Premium... 40 Gambar 27. Grafik Hubungan Antara Lama Pengukuran Dengan Massa PM Pada

Mobil Berbahan Bakar Premium ... 40 Gambar 28. Hubungan Pengaruh Tegangan Terhadap Massa PM Pada Mobil

Berbahan Bakar Premium ... 41 Gambar 29. Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Tegangan PM Pada Waktu

Pengukuran 5 Menit ... 43 Gambar 30. Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Tegangan PM Pada Waktu

Pengukuran 7 Menit ... 43 Gambar 31. Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Tegangan PM Pada Waktu

(39)

Gambar 32. Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Tegangan PM Pad Waktu Pengukuran12 Menit ... 45 Gambar 33. Pengaruh Jenis Kendaraan Terhadap Tegangan PM Pad Waktu