Perangkat deteksi dini permasalahan pada mobil injeksi berbasis konsentrasi gas CO (karbon monoksida) - USD Repository
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TUGAS AKHIR
PERANGKAT DETEKSI DINI
PERMASALAHAN PADA MOBIL INJEKSI
BERBASIS KONSENTRASI GAS CO (KARBON MONOKSIDA)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro Oleh :
DAVID OKTA NUGRAHA NIM : 095114006
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2013
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Device Early Detection
The Problem In The Injection Car
Based Concentration Gas CO ( Carbon Monoxide )
Presented as partial fulfillment of the requirements To obtain the sarjana teknik degree
In electrical engineering study program DAVID OKTA NUGRAHA
NIM : 095114006
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2013
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TUGAS AKHIR PERANGKAT DETEKSI DINI PERMASALAHAN PADA MOBIL INJEKSI BERBASIS KONSENTRASI GAS CO (KARBON MONOKSIDA)
Oleh : David Okta Nugraha NIM : 095114006
telah disetujui oleh : Pembimbing Bernadeta Wuri Harini, ST., M.T. Tanggal : 11 Desember 2013
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
PERANGKAT DETEKSI DINI
PERMASALAHAN PADA MOBIL INJEKSI
BERBASIS KONSENTRASI GAS CO (KARBON MONOKSIDA)
Oleh: David Okta Nugraha
NIM: 095114006 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji
Pada tanggal 18 Desember 2013 Dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji Nama Lengkap Tanda Tangan …………………….. Ketua : Martanto, S.T.,M.T. ……………………. Sekretaris : Bernadeta Wuri Harini, ST., M.T. . ……………….. Anggota : Petrus Setyo Prabowo, S.T, M.T. ........
Yogyakarta, 02 Januari 2014 Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Dekan, Paulina Heruningsih Prima Rosa, M.Sc.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”
Yogyakarta, 11 Desember 2013 David Okta Nugraha
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP MOTTO Hidup Tidak Menghadiahkan Barang Sesuatupun Kepada Manusia Tanpa Bekerja Keras Dengan ini kupersembahkan karyaku ini untuk.....
Yesus Kristus Penuntun Hidupku, Keluargaku tercinta, Kekasihku tersayang, Teman-teman seperjuanganku,
Dan semua orang yang mengasihiku Terima Kasih untuk semuanya.......
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : David Okta Nugraha Nomor Mahasiswa : 095114006
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
PERANGKAT DETEKSI DINI
PERMASALAHAN PADA MOBIL INJEKSI
BERBASIS KONSENTRASI GAS CO (KARBON MONOKSIDA)
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 11 Desember 2013 David Okta Nugraha
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Salah satu penyebab pencemaran udara yang kini dapat dilihat adalah bersumber dari emisi kendaraan bermotor. Penyumbang polutan gas CO terbesar bagi kota-kota besar berasal dari kendaraan pribadi, motor, dan angkutan umum. Konsentrasi gas CO yang tinggi tidak hanya berbahaya bagi manusia tetapi juga untuk mesin kendaraan. Kerusakan pada mesin yang bisa diprediksikan dari gas CO yang tidak normal meliputi kerusakan sistem injeksi hingga masalah sistem emisi. Maka dari itu perlu adanya perangkat deteksi dini untuk mengukur konsentrasi gas CO pada mesin sekaligus memberikan indikasi dan solusi apabila konsentrasi CO tidak normal.
Pada penelitian ini, perangkat deteksi dini permasalahan pada mobil injeksi berbasis konsentrasi gas CO menggunakan sensor gas CO seri TGS 5042. Sensor tersebut digunakan untuk melakukan pengukuran gas CO dengan konsentrasi 0%ppm hingga 1%ppm dan sebagai kontroler digunakan mikrokontroler ATmega8535. Hasil pengukuran, indikasi dan solusi ditampilkan pada LCD. Untuk mendapatkan hasil yang akurat pengujian dilakukan dengan melakukan perbandingan pengukuran alat dengan alat standar milik DISHUB dan pengujian alat pada mobil.
Perangkat deteksi dini permasalahan pada mobil injeksi berbasis konsentrasi gas CO telah selesai dibuat dan alat dapat bekerja dengan baik. Nilai rata-rata Error pengukuran menggunakan alat hasil perancangan dibandingkan dengan alat standar DISHUB adalah 3.34%. Alat yang dihasilkan sudah dapat melakukan pengukuran konsentrasi CO mulai dari 0% ppm hingga 0.98 % ppm dan alat juga dapat memberikan peringatan dari kondisi pengukuran, melalui tampilan INDIKASI dan SOLUSI yang disesuaikan dengan hasil wawancara dengan mekanik ahli.
Kata Kunci : Emisi kendaraan, gas CO, Karbon monoksida, Kerugian CO, TGS 5042
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
One of the factors air pollution can now be seen is taken from motor vehicle emissions. Contribute to the largest pollutants gas CO for big cities derived from private vehicles, motorcycle, and public transportation. The concentration of gas CO high not only harmful to humans but also to car machine. Damage to a machine that can be predicted of gas CO abnormal covering the injection of damage to the problem a system of emission. Therefore requires a device early detection for measuring the concentration gas CO in machines and giving indications and the concentration of a solution if CO not normal.
In this research, a device early detection the problem in the injection car based concentration gas CO means of sensors gas CO series TGS 5042. The sensor is used to make measurements gas CO by concentrations of 0 % ppm until 1 % ppm and as controller used mikrokontroler ATmega8535. Measurement result, indications and solutions displayed on LCD. To get accurate results testing did side-by-side comparisons measurement performed with a tool with the default device belonging to DISHUB and testing instrument in the car.
A device early detection the problem in the injection car based concentration gas co has been completed and tools can work well. Average value of error of measurement of using tools the result of design compared with the default device DISHUB is 3.34 %. The resulting tool can already perform the measurement of concentration CO from 0% ppm to 0.98% ppm and the tool also can provide warnings of conditions through measurements, through the appearance of an indication and solutions which were adapted to the results of an interview with mechanical expert.
Keywords: Vehicle emissions, gas CO, Carbon monoxide, CO losses, TGS 5042
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena telah memberikan berkat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Penulis menyadari bahwa keberhasilan menyelesaikan skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. B. Wuri Harini, S.T., M.T., dosen pembimbing yang dengan penuh pengertian dan ketulusan hati memberi bimbingan, kritik, saran, serta motivasi dalam penulisan skripsi ini.
4. Martanto, S.T.,M.T., dan Petrus Setyo Prabowo, S.T.,M.T. dosen penguji yang telah memberikan masukan, bimbingan, dan saran dalam merevisi skripsi ini.
5. Kedua orang tua tercinta, Eddy Wahono dan Lusiana Sumarti atas perhatian, kasih sayang, dukungan dan doa yang tiada henti.
6. Kakak dan Adik tercinta, Esther Rosita, Jimmy Efraim, dan Cindy Maria F atas dukungan, doa, perhatian, kasih sayang yang begitu besar kepada penulis.
7. Kekasih tercinta, Anis Budiningrum atas perhatian, kasih sayang, dan kesabarannya.
8. Staff sekretariat Teknik Elektro yang telah membantu dalam hal administrasi.
9. Teman-teman seperjuangan angkatan 2009 Teknik Elektro, Bernadus Juk, Adhipa Tri Setiawan A, Rake Silverian, Yustinus Deddy, dan semua teman yang mendukung saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih mengalami kesulitan dan tidak lepas dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan, kritik dan saran yang membangun agar skripsi ini menjadi lebih baik. Dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat sebagaimana mestinya.
Penulis David Okta Nugraha
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................................. iii
............................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN
............................................................. v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ............................. vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ....................................... vii
INTISARI .................................................................................................................... viii
ABSTRACT ................................................................................................................ ix
............................................................................................. x
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI ............................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xiv
DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN1.1. Latar Belakang .................................................................................................. 1
1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ......................................................................... 2
1.3. Manfaat ............................................................................................................. 3
1.4. Batasan Masalah ............................................................................................... 3
1.5. Metodologi Penelitian....................................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI
2.1. Mikrokontroler ATmega8535........................................................................... 5
2.2 Proses Pembakaran Motor Bensin .................................................................... 5
2.3 Konversi Nilai ppm........................................................................................... 8
2.4 Gas Co (Karbon Monoksida) ............................................................................ 8
2.5 Gas Analyzer ..................................................................................................... 8
2.6 Sensor Gas CO TGS 5042 ................................................................................ 9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.7 Mikrokontroler ATmega 8535.......................................................................... 12
2.7.1 Arsitektur dan Konfigurasi Pin ATmega 8535........................................ 12
2.7.2 Konfigurasi Pin ATmega8535................................................................. 13
2.7.3 Fitur-fitur ATmega8535........................................................................... 13
2.7.4 Reset dan Osilator Eksternal .................................................................... 14
2.8 Analog to Digital Converter (ADC) ................................................................. 14
2.9 LCD (Liquid Crystal Display) 4x16 ................................................................. 15
BAB III RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Perancangan Sistem .......................................................................................... 17
3.2. Proses Pengukuran ............................................................................................ 18
3.3 Perancangan Hardware..................................................................................... 18
3.3.1 Desain Perancangan Hardware................................................................ 18
3.3.2 Perancangan Minimum System................................................................. 19
3.3.3 Perancangan Driver Sensor CO ............................................................... 21
3.3.4 Perancangan Driver LCD 4x16 ............................................................... 22
3.3.5 Perancangan Tombol Push Button........................................................... 23
3.4 Perancangan Software....................................................................................... 24
3.4.1 Flowchart Utama ..................................................................................... 24
3.4.2 Subrutin Pengambilan Data ..................................................................... 26
3.4.3 Subrutin Pengambilan Keputusan............................................................ 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Bentuk Fisik Alat dan Hardware Elektronik .................................................... 29
4.1.1 Bentuk Fisik Alat .................................................................................... 29
4.1.2 Hardware Elektronik................................................................................ 30
4.2 Cara penggunaan Alat....................................................................................... 32
4.3 Pengujian Alat................................................................................................... 32
4.3.1 Pengujian Kestabilan Alat........................................................................ 32
4.3.2 Pengukuran Alat....................................................................................... 33
4.3.2 Pengujian Alat pada Mobil ...................................................................... 35
4.4 Pengujian Hardware ......................................................................................... 37
4.4.1 Pengujian Minimum System ..................................................................... 37
4.4.2 Pengujian Driver Sensor .......................................................................... 37
4.5 Pengujian Software ........................................................................................... 38
4.5.1 Pengujian Program Pengambilan Data .................................................... 38
4.5.2 Pengujian Program Pengambilan Keputusan........................................... 40
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ....................................................................................................... 46
5.2 Saran ................................................................................................................. 46
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 46
LAMPIRAN ................................................................................................................ 47
Lampiran A Data Hasil Wawancara Bengkel ....................................................... L1 Lampiran B Data Hasil Pengukuran...................................................................... L4 Lampiran C Listing Program Keseluruhan ........................................................... L9 Lampiran D Rangkaian Keseluruhan Perancangan............................................... L22 Lampiran E Petunjuk Penggunaan Alat ................................................................ L23 Lampiran F Spesifikasi Alat.................................................................................. L23 Lampiran G Data Sheet Sensor Gas CO TGS 5042.............................................. L24
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Diagram blok perancangan .............................................................................23 Gambar 3.8. Rangkaian Driver tombol push button............................................................
37 Gambar 4.10. Tampilan Proses Pengambilan data ................................................................
35 Gambar 4.9. Tampilan Pengujian I/O minimum system ......................................................
34 Gambar 4.8. Grafik hubungan antara %ppm alat dengan %ppm standar ............................
33 Gambar 4.7 Modifikasi Pegangan Sensor...........................................................................
31 Gambar 4.6 Pengujian Kestabilan Alat...............................................................................
31 Gambar 4.5. Hasil Perancangan Driver Pushbutton............................................................
31 Gambar 4.4. Hasil perancangan Driver LCD ......................................................................
30 Gambar 4.3. Hasil Perancangan Driver Sensor CO TGS 5042 ...........................................
29 Gambar 4.2. Hasil Perancangan Minimum System ..............................................................
28 Gambar 4.1. Hasil Perancangan Alat A.Bagian Depan B.Bagian dalam.............................
26 Gambar 3.12. Subrutin Pengambilan Keputusan...................................................................
26 Gambar 3.11. Simulasi pengambilan data dan konversi data ................................................
24 Gambar 3.10. Subrutin Pengambilan Data ............................................................................
23 Gambar 3.9. Flowchart utama .............................................................................................
22 Gambar 3.7. Rangkaian Driver LCD...................................................................................
4 Gambar 2.1. Gas Analyzer MULLER BEM 8690 ...............................................................
20 Gambar 3.6. Rangakain Driver Sensor CO .........................................................................
20 Gambar 3.5. Rangkaian minimum system ATmega8535 .....................................................
19 Gambar 3.4. Rangkaian reset ATmega8535........................................................................
18 Gambar 3.3. Rangkaian osilator ATmega8535....................................................................
17 Gambar 3.2. Desain perancangan hardware A.Bagian Luar B.Bagian dalam .....................
15 Gambar 3.1. Diagram blok perancangan .............................................................................
14 Gambar 2.9. LCD character ................................................................................................
12 Gambar 2.8. Rangkaian reset...............................................................................................
12 Gambar 2.7. Konfigurasi pin ATmega 8535 .......................................................................
11 Gambar 2.6. Driver standar TGS 5042 ................................................................................
11 Gambar 2.5. Karakteristik sensitifitas sensor TGS 5042.....................................................
10 Gambar 2.4. Gas terdeteksi..................................................................................................
10 Gambar 2.3. Gas tidak terdeteksi.........................................................................................
9 Gambar 2.2. Struktur Sensor Gas CO..................................................................................
39 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Fungsi pin LCD 4x16 character ................................................................ 16Tabel 3.1. Penggunaan port pada mikrokontroler ....................................................... 21Tabel 3.2. Hasil wawancara Bengkel Option Purwokerto .......................................... 25Tabel 3.3. Hasil wawancara Bengkel Grand Prix Rawalo .......................................... 25Tabel 3.4. Pembagian Kondisi Pengukuran ................................................................ 27Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kestabilan Alat ................................................................ 33Tabel 4.2. Data Pengukuran Alat ................................................................................ 34Tabel 4.3. Pengukuran Suzuki APV ARENA 2010.................................................... 36Tabel 4.4. Pengukuran Daihatsu Xenia DELUXE 2012 ............................................. 36Tabel 4.5. Pengukuran Negative Voltage Converter ................................................... 38Tabel 4.6. Hasil Tampilan Program Pengambilan Keputusan .................................... 44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR LAMPIRAN
LA. Data Hasil Wawancara Bengkel ........................................................................... L1 LB. Data Hasil Pengukuran.......................................................................................... L4 LC. Listing Program Keseluruhan ............................................................................... L9 LD. Rangkaian Keseluruhan Perancangan ................................................................ L22 LE. Petunjuk Penggunaan Alat ................................................................................. L23 LF. Spesifikasi Alat .................................................................................................. L23 LG. Data sheet Sensor Gas CO TGS 5042 ............................................................... L24
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di era modern saat ini sarana transportasi sangat dibutuhkan, khususnya sarana transportasi kendaraan bermotor. Kebutuhan akan kendaraan bermotor kian tahun kian meningkat, sehingga konsumsi bahan bakar juga mengalami peningkatan yang berujung pada bertambahnya jumlah pencemaran yang dilepaskan ke udara bebas. Salah satu penyebab pencemaran udara yang kini dapat dilihat adalah bersumber dari emisi kendaraan bermotor. Kendaraan bermotor mengeluarkan zat-zat berbahaya yang dapat menimbulkan dampak negatif, baik terhadap kesehatan manusia maupun terhadap lingkungan, seperti nitrogen oksida (NO
X ), timbal (Pb), karbon monoksida (CO), dan hidro karbon (HC).
Penyumbang polutan CO terbesar bagi kota-kota besar berasal dari kendaraan pribadi, motor, dan angkutan umum. CO yang dihasilkan dari pembakaran tak sempurna dari senyawa karbon, sering terjadi pada mesin pembakaran dalam. Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran [1]. Sumber CO antara lain dari kendaraan bermotor, terutama yang menggunakan bahan bakar bensin. Berdasarkan estimasi, jumlah CO diperkirakan mendekati 60 juta ton per tahun. Separuh dari jumlah ini berasal dari kendaraan bermotor yang menggunakan bakan bakar bensin dan sepertiganya berasal dari sumber tidak bergerak seperti pembakaran batubara dan minyak dari industri dan pembakaran sampah domestik. Dalam laporan World Health
Organization (WHO) pada tahun 1992 dinyatakan paling tidak 90% dari CO di udara
perkotaan berasal dari emisi kendaraan bermotor [2].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. Kerugian
yang ditimbulkan dari kadar CO yang tidak normal untuk kendaraan salah satunya adalah pada tingkat efisiensi bahan bakar kendaraan. Bila pada hasil test tertera kadar HC dan CO yang terlalu tinggi, berarti bahan bakar yang masuk ke ruang bakar terlalu besar daripada yang dibutuhkan akibat pengaturan yang tidak tepat[3]. Apabila hal itu terjadi maka konsumsi bahan bakar akan semakin boros. Banyak penyebab yang bisa diprediksikan dari
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2 permasalahan kadar CO yang tidak normal, mulai sistem injeksi hingga masalah sistem emisi. Dan untuk bagian ini hanya mekanik yang terlatih dan berpengalaman yang dapat memprediksikan kerusakan kendaraan. Di sisi lain alat uji emisi gas buang sangatlah mahal harganya sehingga tidak semua bengkel memiliki alat uji emisi gas buang tersebut.
Oleh karena pentingnya pengukuran akan kadar CO pada kendaraan dan dampak negatif yang ditimbulkan dari gas CO sangat besar pengaruhnya bagi manusia dan mesin, maka diperlukan suatu sitem pengukuran tingkat polusi udara untuk mengetahui konsentrasi gas polutan khususnya CO. Dengan rancangan yang akan dibuat diharapkan dapat memberikan keunggulan yaitu berupa kemudahan bagi pemilik kendaraan ataupun mekanik dalam melakukan pengecekan dan analisa mengenai kerusakan ataupun masalah yang terjadi pada sistem injeksi dan sitem emisi gas buang kendaraan secara digitalisasi. Alat ini memberikan kemudahan bagi user untuk pengukuran gas CO dengan kadar 0 sampai dengan 10.000 ppm atau sama dengan 0% ppm sampai dengan 1% ppm serta dilengkapi fitur indikasi dan solusi kerusakan ataupun masalah yang berhubungan dengan sistem injeksi dan emisi kendaraan. Alat ini dapat memberikan solusi untuk mengembalikan konsentrasi CO sesuai standar yang telah ditentukan. Alat yang ada di pasaran yang hanya memberikan data pengukuran kadar emisi sedangkan untuk analisa gangguan harus dilakukan oleh mekanik ahli dengan tindakan secara langsung terhadap kendaraan. Keunggulan yang lain adalah alat ini didesain agar lebih ekonomis dan praktis karena berbentuk portable tetapi memiliki kemampuan yang tidak kalah dengan alat pengujian gas buang standar pabrikan.
Berdasarkan uraian di atas, penulis ingin membuat perangkat pengukuran konsentrasi gas CO pada gas buang khususnya mobil injeksi berbahan bakar bensin(premium). Keluaran dari alat akan menampilkan jumlah kadar gas CO (karbon monoksida) dan menampilkan deteksi dini serta solusi permasalahan sistem injeksi dan emisi gas buang pada mobil yang ditampilkan pada LCD. Alat ini menggunakan sensor TGS 5042 untuk pendeteksian gas CO dan mikrokontroller ATmega8535 sebagai tempat pemrosesan data serta program bahasa C++ yang dapat mengendalikan kerja alat tersebut.
1.2 Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan instrumen pengukur konsentrasi gas polutan CO (karbon monoksida) dan deteksi dini kerusakan sistem injeksi dan emisi pada mobil injeksi berbahan bakar premium.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.3 Manfaat
1. Untuk mengetahui kelayakan kendaraan bermotor khususnya mobil injeksi berbahan bakar bensin melalui uji emisi gas buang.
2. Menekan pencemaran udara, khususnya pencemaran gas CO (karbon monoksida).
3. Tersedianya alat pengukur konsentrasi CO (karbon monoksida) yang ekonomis dan praktis menggunakan mikrokontroler ATmega8535.
4. Melakukan pendeteksian dini kerusakan ataupun permasalahan pada sistem injeksi dan emisi gas buang pada kendaraan bermotor berbahan bakar bensin(premium).
5. Alat ini diharapkan mampu memberikan solusi dari kerusakan sistem injeksi dan sistem emisi pada kendaraan.
1.4 Batasan Masalah 1. Gas uji diukur pada Exhaust mobil standar.
2. Menggunakan Mikrokontroler ATmega8535 sebagai kontroler.
3. Menggunakan Sensor Gas CO seri TGS 5042 dengan jangkauan 0 sampai dengan 10.000 ppm.
4. Pengujian hanya dilakukan pada mobil injeksi berbahan bakar bensin (Premium).
5. Pengujian dilakukan pada mobil dalam kondisi pemakaian standar dengan umur pemakaian ≤ 5 tahun.
6. Pengujian dilakukan pada mobil dengan mesin dalam keadaaan idle.
1.5 Metodologi Penelitian
Penulisan skripsi ini menggunakan metode :
1. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku, jurnal ilmiah, dan wawancara ke bengkel.
2. Perancangan subsistem hardware dan software dengan mempertimbangkan berbagai faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah diperoleh sebelumnya.
3. Pembuatan sistem hardware dan software. Alat akan bekerja bila sensor CO (karbon monoksida) pada alat dapat mendeteksi konsentrasi gas CO pada gas buang kendaraan bermotor. Sensor CO harus dikalibrasi agar mendapat angka
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4 yang benar. Mikrokontroler akan mengolah data hasil pengecekan konsentrasi CO yang telah di lakukan kemudian data disajikan pada LCD sebagai sebuah informasi.
Gambar 1.1 Diagram Blok Perancangan4. Teknik pengambilan data dilakukan dengan cara melakukan uji coba alat pada sistem exhaust kendaraan. Nilai tegangan output dari alat yang dirancang akan dikalibrasi terlebih dahulu dengan alat standar milik DISHUB. Kemudian data kalibrasi dibuat grafik untuk mendapatkan persamaan guna menghitung nilai tegangan ke nilai %ppm pada alat.
5. Analisa data dilakukan dengan mengecek keakuratan data hasil pengukuran oleh alat, dengan cara membandingkan antara data yang disajikan pada alat dengan alat uji emisi standar. Kesimpulan hasil penelitian dapat dilakukan dengan mengitung presentase error yang terjadi selama masa pengujian alat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II DASAR TEORI
2.1 Mesin Injeksi
Sistem injeksi bukan lagi teknologi baru, tetapi sudah digunakan hampir semua mobil yang diproduksi di Indonesia saat ini. Mesin injeksi berbeda dengan mesin karburator. Secara prinsip perbedaan antara mesin mobil dengan sistem injeksi dan karburator adalah terletak pada cara atau metode pasokan bahan bakar ke ruang bakar mesin. Pada sistem karburator, bahan bakar masuk keruang bakar karena terdapat hisapan dari mesin, sedangkan pada mobil injeksi bahan bakar masuk ke ruang bakar karena di semprotkan oleh injektor, bahan bakar di tekan oleh fuel pump dan saat penyemprotan serta volumenya di atur oleh ECU(Electronic Control Unit). ECU berfungsi sebagai pusat pengolah data kontrol yang mendapat masukan data dari sensor yang ada di mesin untuk mengontrol waktu penyemprotan bahan bakar, jumlah bahan bakar yang dikeluarkan, dan saat pengapian. Sistem Injeksi mempunyai keunggulan dalam hal pengaturan bahan bakar yang lebih hemat daripada mesin karburator[4]. Untuk mendapat performa yang baik maka mesin injeksi harus dirawat secara rutin. Perawatan mesin injeksi dilakukan untuk setiap jarak tempuh 5.000 km. Bagian-bagian sistem innjeksi yang memerlukan pengecekkan adalah:
1. Saringan Bahan Bakar (Fuel Filter) komponen ini terdapat di ruang mesin dan terbuat dari logam. Saringan bensin yang kotor sebaiknya dibersihkan dengan bantuan angin bertekanan tinggi. Namun jika terlalu kotor sebaiknya ganti dengan yang baru. Karena jika dibiarkan saja dapat terjadi kerusakan pompa bensin ditandai dengan timbulnya suara berisik yang bernada tidak stabil.
2. Saringan udara (Air Filter) Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu dari udara , sehingga memberi kesempatan udara masuk lebih banyak ke ruang bakar. Terhambatnya udara akan menyebabkan pembakaran tidak sempurna dan memboroskan bahan bakar. Agar udara dapat disalurkan dengan baik maka saringan udara pada mesin harus selalu bersih dari kotoran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
3. Throttle Body Komponen ini rentan terhadap kotoran yang mengakibatkan akselerasi menjadi kurang responsive. Jika kotoran sudah menumpuk di bagian throttle position sensor maka bisa menyebabkan putaran mesin menjadi pincang dalam keadaan stationer. Kebersihan throttle body berhubungan dengan kebersihan saringan udara karena sumber kotoran berasal dari udara yang terhisap ke ruang bakar.
4. Nosel Injektor Lubang nosel yang kecil ukurannya dapat juga tersumbat kotoran ataupun kerak.
Sehingga semprotan bensin jadi kacau dan debitnya menjadi berkurang. Hal itu berakibat putaran mesin menjadi pincang dan akselerasi mesin menjadi kurang responsive.
5. Penyetelan CO Penyetelan ulang di system pasokan bensin, udara dan pengapian diperlukan untuk mendapat performa mesin yang tepat. Pengukuran CO dilakukan untuk mengetahui tingkat efisiensi proses pembakaran di mesin. Idealnya nilai CO harus di bawah 1% ppm[5].
2.2 Proses Pembakaran Motor Bensin
Pembakaran sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar dengan oksigen dengan diikuti cahaya atau panas. Mekanisme pembakaran sangat dipengaruhi oleh keadaan dari keseluruhan proses pembakaran dimana atom-atom dari komponen yang dapat bereaksi dengan oksigen dan membentuk produk yang berupa gas. Bila oksigen dan hidrokarbon tidak bercampur dengan baik, maka akan terjadi proses cracking dimana pada pembakaran akan timbul asap. Pembakaran seperti ini dinamakan pembakaran tidak sempurna[6].
Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin yaitu: Pembakaran normal (sempurna), dimana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal pada motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas yang berada di sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai semua partikel gas terbakar habis. Pada saat gas bakar dikompresikan, tekanan dan suhunya naik, sehingga terjadi reaksi kimia dimana molekul-molekul hidrokarbon terurai dan tergabung dengan oksigen dan udara. Sebelum langkah kompresi berakhir terjadilah percikan api pada busi yang kemudian membakar gas tersebut. Dengan timbulnya energi panas, tekanan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
dan suhunya naik secara mendadak, maka torak terdorong menuju titik mati bawah Pembakaran tidak sempurna (tidak normal), adalah pembakaran dimana nyala api dari pembakaran ini tidak menyebar secara teratur dan merata sehingga menimbulkan masalah atau bahkan kerusakan pada bagian-bagian motor. Pembakaran yang tidak sesuai dengan yang dikehendaki sehingga tekanan di dalam silinder tidak bisa dikontrol, sering disebut dengan autoignition. Autoignition adalah proses pembakaran dimana campuran bahan bakar tidak terbakar karena nyala api yang dihasilkan oleh busi melainkan oleh panas yang lain, misalnya panas akibat kompresi atau panas akibat arang yang membara dan sebagainya. Pembakaran tidak sempurna dapat mengakibatkan seperti knocking dan pre-
ignition yang memungkinkan timbulnya gangguan dan kerusakan dalam motor bensin[7].
Pada pembakaran yang tidak sempurna sering pula terjadi pembakaran yang tidak lengkap. Pembakaran yang normal pada motor bensin adalah dimulai pada saat terjadinya loncatan api pada busi dan membakar semua hidrogen dan oksigen yang terkandung dalam campuran bahan bakar. Dalam pembakaran normal semua atom karbon dan hidrogen bereaksi sempurna dengan udara yaitu oksigen.
4 Berikut adalah contoh pembakaran normal CH :
4
2
2
2 CH +2O -->CO +2H O (2.1)
Tetapi dalam pembakaran yang tidak lengkap yaitu pembakaran pada kondisi kelebihan atau kekurangan oksigen.
Contoh reaksi kelebihan oksigen :
4
2
2
2
2 CH +3O -->CO +2H O+O (2.2)
2 Jadi di dalam persamaan reaksi di atas jelas ada kelebihan O (Oksigen).
Contoh reaksi kekurangan oksigen :
4
2
2
2
2CH +3,5O -->CO +CO+4H O (2.3) jadi di dalam persamaan reaksi di atas masih ada CO yang tidak terbakar dan keluar bersama-sama dengan gas buang. Hal tersebut disebabkan karena kekurangan oksigen[8].
2.3 Konversi Niiai ppm
Satuan ppm( part per million ) atau bagian perjuta adalah perbandingan antara suatu bagian senyawa dalam satu juta bagian. Satuan ppm digunakan untuk menunjukan suatu kandungan senyawa dalam suatu larutan. Nilai 1ppm sama dengan 0.0001% vol ppm atau 1% vol ppm sama dengan 10.000 ppm[9].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
2.4 Gas CO (Karbon monoksida)
Karbon monoksida atau CO adalah suatu gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan juga tidak berasa. Gas CO dapat berbentuk cairan pada suhu dibawah -129
O
C. Gas CO sebagian besar berasal dari pembakaran bahan fosil dengan udara, berupa gas buang. Di kota besar yang padat lalu lintasnya akan banyak menghasilkan gas CO sehingga kadar CO dalam udara relatif tinggi dibandingkan dengan daerah pedesaan [10]. CO terbentuk dari pembakaran bensin yang tidak sempurna pada ruang bakar, karena perbandingan fuel ratio (AFR) udara dengan bensin lebih kaya bensin daripada udara. Ketika perbandingan besin lebih kaya dari udara maka konsumsi bahan bakar boros ataupun tidak efektif. Saat mesin bekerja dengan AFR yang tepat, untuk ,mesin dengan sitem injeksi emisi CO pada ujung knalpot berkisar 0.5% sampai 1% ppm. Sistem injeksi pada mobil dirancang untuk menekan gas polutan yang dihasilkan dari hasil pembakaran. Dengan dilengkapi Catalytic
converter
emisi gas CO dapat dibuat menjadi mendekati 0% ppm. Kerugian yang ditimbulkan dari CO yang tidak normal bagi mesin adalah performa berkurang dan umur mesin menjadi lebih pendek[11].
2.5 Gas Analyzer
Berikut adalah data analisa manual mengenai indikasi kerusakan dari pengukuran konsentrasi gas CO menggunakan Gas Analyzer.
a. EMISI CO TINGGI Konsentrasi gas CO lebih dari 1% ppm pada sistem injeksi ataupun lebih dari 2,5% ppm untuk mesin dengan karburator menunjukkan kondisi dimana Air Fuel Ratio (AFR) terlalu kaya (lambda < 1,00). Secara umum CO menunjukkan angka efisiensi dari pembakaran di ruang bakar. Tingginya emisi CO disebabkan karena kurangnya oksigen untuk menghasilkan pembakaran yang tuntas dan sempurna. Hal-hal yang menyebabkan AFR terlalu kaya antara lain :
- Idle speed terlalu rendah.
- Setelan pelampung karburator yang tidak tepat menyebabkan bensin terlalu
- Air filter yang kotor.
- Pelumas mesin yang terlalu kotor atau terkontaminasi berat.
- Charcoal Canister yang jenuh.
- PCV valve yang tidak bekerja.
banyak
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
- Kinerja fuel delivery system yang tidak normal.
- Air intake temperature sensor yang tidak normal.
- Coolant temperature sensor yang tidak normal.
- Catalytic Converter yang tidak bekerja.
b. NORMAL CO Apabila AFR berada dekat atau tepat pada titik ideal (AFR 14,7 atau lambda = 1,00) maka emisi CO tidak akan lebih dari 1% ppm pada mesin dengan sistem injeksi atau 2,5% ppm pada mesin dengan karburator.
c. CO TERLALU RENDAH Sebenarnya tidak ada batasan dimana CO dikatakan terlalu rendah. Konsentrasi CO terkadang masih terlihat “normal” walaupun mesin sudah bekerja dengan campuran yang amat kurus[12]. Alat standar Gas Analyzer hanya dapat menampilkan jumlah konsentrasi gas polutan pada kendaraaan sehingga analisa mengenai tingkat kenormalan gas CO dan indikasi permasalahan pada mesin harus dilakukan manual oleh mekanik ahli. Berikut gambar alat standar Gas Analyzer MULLER BEM 8690.
Gambar 2.1. Gas Analyzer MULLER BEM 86902.6 Sensor Gas CO TGS 5042
Sensor gas CO mempunyai struktur sensor yang berlapis-lapis. Sebuah lapisan kaca digunakan untuk menahan panas ditempatkan di antara pemanas berbahan RuO dan
2
alumina substrat. Lapisan sensor gasnya terbuat dari bahan SnO . Pada bagian dalam
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
10
10
sensor terdapat arang aktif y if yang disisipkan di antara penutup dalam dan l n luar, arang aktif ini digunakan untuk mengurang angi pengaruh dari berbagai gas lain selain gas C as CO.
Ga Gambar 2.2. Struktur Sensor Gas CO
Secara umum cara kerja sensor sensor adalah sebagai berikut: Bahan detektor gas gas dari sensor adalah metal oksida, khususny khususnya senyawa SnO .
2 Ketika kristal metal oksida ida (SnO ) dipanaskan pada temperatur terte rtentu, oksigen akan
2
diserap pada permukaan kr kristal dan oksigen akan bermuatan negatif. H