BAB III
METODE PENGUJIAN
3.1 Penelitan
Untuk mencapai tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini maka dilakukan pengujian untuk mengukur kadar asap yang dapat disepositkan menggunakan alat ini. Percobaan yang dilakukan adalah mengukur kadar asap yang keluar dari ujung test section dengan perbedaan temperatur antara plat panas dan plat dingin yang berbeda-beda. Perbedaan temperatur antara plat panas dan plat dingin yang diuji yaitu 0°, 10°, 20°, 30° ,40° ,50° ,dan 60°, percobaan hanya dilakukan sampai ∆T 60° hal ini dikarenakan keterbatasan alat Untuk mencapai ∆T 60° maka suhu yang harus dicapai pada plat panas adalah 90°. Apabila suhu tersebut ditingkatkan lagi dikhawatirkan akan merusak alat.
3.2 Metode pengukuran kadar asap
Dalam penelitian ini ada beberapa metode pengukuran asap yang telah dilakukan. Metode-metode tersebut adalah :
3.2.1 Air sampling dengan menggunakan filter paper
Metode ini dilakukan dengan cara melewatkan udara yang ingin di uji ke filter paper yang mempunyai porositas tertentu. Namun sebelumnya filter yang masih baru ditimbang terlebih dahulu menggunakan timbangan yang mempunyai ketelitian cukup tinggi. Dan setelah pengambilan sampling udara, filter tersebut ditimbang kembali untuk mendapatkan berat partikel yang tertangkap oleh filter tersebut. Namun kendala ketika memakai alat ini dikarenakan prosesnya yang cukup lama. Dan untuk mendapatkan suplai asap rokok terus-menerus secara konstan juga merupakan hal yang sulit. Unttuk mendapatkan kondisi yang sama dari beberapa percobaan juga sulit dikarenakan suplai asap rokok untuk setiap percobaan pasti ada perbedaan.
Gambar 3.1 Filter Paper
3.2.2 Aerosol Particle Counter
Alat ini digunakan untuk menghitung jumlah partikel yang ada di suatu sampel udara berdasarkan diameter partikelnya. Jadi hasil dari pengujian manggunakan alat ini adalah misalnya untuk diameter partikel 0.5 μm dalam suatu ruangan berjumlah 100.000 partikel. Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah Handheld Particle Counter merk Kanomax model 3887 Namun ketika dilakukan pengujian terhadap penelitian ini didapatkan bahwa alat tersebut tidak mampu untuk mengukur sampel udara yang keluar dari alat ini. Dari hasil analisa didapatkan bahwa alat tersebut di desain untuk pengukuran udara yang bersih. Alat ini biasa digunakan untuk mengukur kualitas udara pada cleanroom. Sedangkan untuk mendapatkan kondisi awal diperlukan pengukuran untuk asap rokok yang cukup pekat.
29
Gambar 3.2 Handheld Particle Counter merk Kanomax model 3887
3.2.3 CO2 meter NDIR
Dari hasil percobaan menggunakan CO2 meter didapatkan kadar CO2
yang ada di dalam suatu ruangan berupa ppm. Alat yang di coba dalam penelitian kali in adalah TES 1370 NDIR CO2 meter Namun ketika di
aplikasikan untuk pengujian alat thermal precipitator ini tidak bisa mendapatkan hasil pengujian yang diinginkan karena belum tentu di dalam asap roko yang pekat terdapat kadar CO2 yang banyak pula.
3.2.4 Gas Sensor
metode merupakan metode yang paling cocok untuk diaplikasikan dalam pengukuran kadar asap rokok. Gas sensor merupakan suatu alat yang bisa diaplikasikan untuk mengukur kadar asap. Karena alat ini mempunyai sensitivitas yang cukup tinggi apabila terdapat kandungan asap di udara. Sensor yang digunakan yaitu Figaro TGS 2600 sensor ini di desain untuk mendeteksi indoor air pollutant seperti polusi dari asap rokok. Sensor ini memiliki Sensor ini akan memiliki hambatan yang berubah-ubah sesuai dengan kadar gas yang di deteksinya. Semakin tinggi kadar gas maka hambatan yang ada di dalam sensor tersebut akan menurun.
Untuk mendapatkan data mengenai kadar dari udara yang di deteksi menggunakan sensor ini maka dibutuhkan microcontroller sebagai penyalur daya dan juga penerima signal dari sensor. Microcontroller menerima signal berupa voltase dari sensor. Voltase di proses di dalam alat ini dan ditampilkan di LCD dalam bentuk Rgas/Rudara.
Untuk mendapatkan nilai kadar asap dalam ppm. Nilai Rgas/Rudara tadi dijadikan acuan untuk mencari nilai ppmnya di dalam grafik.
31
gambar 3.4 grafik Rs/Ro vs gas concentration (sumber : TGS 2600 data sheet)
dari grafik dapat dilihat bahwa semakin kecil hambatan pada sensor maka itu menunjukan bahwa kadar asap yang ada di udara juga semakin tinggi.
3.2.4.1 Skema pemasangan sensor pada alat
Dalam penelitian ini perlu dilakukan pengukuran kadar asap sebelum dan sesudah test section. Oleh karena itu sensor diletakan pada box penampung asap untuk mendapatkan kadar asap yang sama dari setiap percobaan. Sebuah sensor lagi diletakan di ujung test section untuk mengukur perbedaan kadar asap di setiap percobaan. Pengujian dilakukan untuk mengetahui perbedaan kadar asap yang keluar dari ujung test section dalam kondisi perbedaan temperatur anatara dua plat sejajar berbeda-beda. Berikut merupakan skema pemasangan sensor pada peralatan thermal precipitator ini.
Gambar 3.5 skema pemasangan sensor pada alat Keterangan untuk gambar 3.2 :
1. Box penampung 2. Inlet 3. Outlet 4. Test section 5. Sensor TGS 2600 6. Microcontroller 7. LCD
Pemasangan sensor pada ujung test section ditempatkan pada sebuah kotak acrylic agar hasil pengukuran tidak terlalu terpangaruh oleh udara sekitar. Sehingga data tersebut juga lebih akurat. Pada ujung test section juga diberi fan hal ini dimaksudkan agar asap yang keluar dari ujung test section tidak terakumulasi pada box acrylic tersebut.
33
gambar 3.6 pemasangan sensor pada bagian outlet
3.3 Peralatan Uji
Agar alat thermal precipitator ini dapat bekerja dengan baik maka keseluruhan bagian dari sistem-sistem yang ada harus bekerja dengan baik. Alat ini terditi dari 4 sistem utama yaitu :
1. sistem input 2. sistem proses 3. sistem pendingin
4. sistem untuk pengambilan data
3.3.1 Sistem input
Sistem berfungsi untuk mengahasilkan asap dan menampungnya sebelum dilakukan pengujian. Sistem ini juga berfungsi untuk mengalirkan asap yang telah ditampung sehingga bisa melewati test section sistem ini terdiri dari beberapa komponen yaitu :
Box ini berukuran 15 x 15 x 15 cm, dengan menggunakan bahan dari acrylic yang diharapkan dapat terlihat kondisi asap di dalam box ini dan tidak terdapat suatu kebocoran sekecil apapun Terdapat dua buah lubang pada box ini yaitu lubang inlet dan outlet dimana keduanya telah dilengkapi dengan katup.
2. Smoke Generator
Alat ini mempunyai dua fungsi yaitu untuk menghisap rokok dan memasukan asapnya ke dalam box penampung. Dan juga untuk memasukan udara segar kedalam box ketika sedang dilakukan pengujian. Alat ini merupakan modifikasi dari alat pembuat gelembung pada aquarium. Apabila ingin digunakan untuk memasukan asap rokok maka pada suction alat ini dipasang rokok sehingga rohong ddihisap menggunakan alat ini dan asapnya ditiupkan ke box penampung. Apabila ingin digunakan untuk memasukan udara segar maka rokok dilepas sehingga yang dihisap oleh alat ini hanya udara sekitar.
3. Smoke / partikel
Smoke yang diambil adalah asap rokok yang dimasukkan melalui inlet. Asap rokok ini diharapkan bisa terkumpul di box penampung sebelum digunakan untuk percobaan. Setelah terkumpul dan dipastikan tidak ada kebocoran maka selanjutnya box tersebut ditiupkan udara segar oleh smoke generator sehingga asap bisa mengalir melewati test section dengan kecepatan tertentu.
3.2.2 Sistem Proses
Pada bagian inilah efek dari gaya thermophoretic bekerja. System ini
35
1. Pelat Stainless
Pelat ini digunakan untuk kerangka / dinding media uji coba. Dipilih bahan ini karena mampu menghantarkan panas cukup baik dengan harga yang relatif murah dan mudah untuk dibentuk.
2. Heater
Heater yang dipilih dalam pembuatan media ini adalah heater pelat, karena distribusi panasnya paling baik dan merata untuk permukaan pelat yang rata. Pada pengujian ini untuk mendapatkan perbedaan temperatur yang diinginkan maka heater inilah yang di ubah-ubah temperaturnya. Pengaturan temperatur pada heater dapat dilakukan dengan cara merubah- ubah voltase pada voltage regulator. Berikut merupakan grafik hubungan antara voltase dan temperatur heater.
Pengukuran Temperatur Heater
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Voltase X 10 (V) T em p er at u r ( ºC )
gambar 3.7 hubungan antara voltase dan temperature pada heater
3.2.3 Sistem Pendingin
Sistem ini berfungsi untuk mejaga bagian plat dingin agar pada suhu yang konstan. Hal ini dikarenakan jarak antara plat panas dan plat dingin yang sangat dekat sehingga panas dari plat panas pasti akan merambat ke plat dingin.
system ini yaitu:
1. Box Penampung Air
Box ini berukuran 18 x 18 x 20 cm, dengan menggunakan bahan dari acrylic. Fungsinya untuk menampung air yang digunakan untuk pendinginan test section
2. Alat Penukar Panas
Alat ini berbentuk kotak dengan ukuran 25 x 7.5 x 2.5 dan memiliki bagian inlet dan outlet. Jenis pendinginan yang dilakukan disini adalah konveksi paksa. Air di box penampung dipompakan ke bagian inlet. Air akan kontak langsung dengan plat dingin dan akan keluar melalui outlet dan kembali ke box penampung air.
3. Pompa
Pompa ini berfungsi untuk mengalirkan air yang ada di box penampung ke alat penukar pans.
3.2.4 Sistem Pengambilan Data
Sistem ini berfungsi untuk mengukur kadar asap rokok yang ada pada box penampung dan juga untuk mengukur kadar asap yang keluar di ujung test section.
1. Sensor gas
Sensor ini berfungsi untuk mendeteksi kadar asap rokok yang ada di udara dimana hambatan di dalam sensor akan berubah-ubah sesuai kadar asap rokok yang ada.
2. Microcontroller
Microcontroller berfungsi untuk menerima sinyal yang diberikan oleh sensor lalu memproses dan menampilkan hasilnya di LCD.
37
3.3 Spesifikasi alat
Untuk memperjelas mengenai peralatan yang dipakai, berikut merupakan spesifikasi dari alat-alat yang digunakan.
3.3.1 Acrylic Box (penampung asap)
o Dimension = 150 x 150 x 150 mm o Volume = 2197 cm³
o Thickness = 10 mm
o Specification = 1 outlet + 1 inlet. 3.3.2 Acrylic Box (penampung air)
o Dimension = 180 x 180 x 200 mm o Volume = 4896 cm³
o Thickness = 10 mm 3.3.3 Acrylic Box (penukar panas)
o Dimension = 250 x 75 x 25 mm o Thickness = 3 mm
o Specification = 1 outlet + 1 inlet. 3.3.3 Smoke Generator
o Merk = aquila
3.3.4 Pompa
o Merk = mercury
o Type = Submersible Pump o Power = 10 W
o Flow rate = 700 liter/jam o Head = 0,9 meter
3.3.5 Voltage Regulator o Merk = OKI
o Model = TDGC-2000 o Input = 220VAC 50/60 Hz
o Capacity = 2000VA 3.3.6 Heater
o Type = Plate Heater o Size = 60 x 60 x 15 mm o Input = 24 VAC 2000A o Temperature = max ±300°C 3.3.7 Test Section
o Overall Dimension = 1000 x 130 x 90 mm o Material = Stainless Steel Plate 1.2mm thickness o Gap between plate = 5 mm
o Volume test section = 250 cm³
3.3.8 Non-contact Thermometer
o Merk = Raytek MiniTemp o Model = MT4
o Measurement Method = Infrared o Temp. Range = -18~275°C 3.3.9 Gas sensor o Merk = figaro o Model = TGS 2600 o Detection Range = 0 ~ 30 ppm of H2 o Voltage = 5.0 ± 0.2 V DC/AC
39
3.4 BOUNDARY CONDITION
Sebelum memulai penelitian, menentukan sifat fisik dari fluida udara. Pada tabel 3.2 dijelaskan mengenai sifat fisik udara sebagai fluida, maksudnya adalah udara pada suhu 27OC (300 K) dan ketinggian di atas permukaan laut.
Tabel 3.2 Sifat fisik udara untuk simulasi
No Parameter Simbol Nilai Satuan
1 Massa jenis ρ 1.183 Kg/m3
2 Suhu udara T 300 K
3 Viskositas μ 1.853e-05 N.s/m2
4 Konduktivitas Thermal k 0.02614 W/m.K
5 Koefisien Tekanan Cp 1003 J/kg.K
Sumber : Essential Eng Information & Data, Mc Graw-Hill, 1991 3.4.1 Partikel Smoke
Penentuan partikel dilihat dari kehidupan sehari-hari yang paling mendekati dan mudah untuk didapatkan. Dalam penelitian ini menggunakan partikel smoke (tobacco smoke), karena partikel jenis aerosol ini cukup banyak dan mudah untuk didapatkan. Adapun spesifikasi dari partikel uji sebagai berikut :
Tabel 3.3 spesifikasi partikel uji
No Parameter Nilai Satuan
1 Jenis Aerosol Smoke
2 Nama Aerosol Tobacco Smoke 3 Diameter partikel 0,01 ~ 1 μm
4 Density 1,1 g/cm3
5 Molecular mass 162,23 g/mol
Dalam penelitian ini digunakan smoke dengan volume full pada box penampung. Untuk menjaga kestabilan volume smoke dalam setiap percobaan. Maka dilakukan pengukuran untuk mengetehui kadar asap di dalam box penampung. Proses memasukan smoke ke dalam box menggunakan smoke generator. Untuk mengalirkan smoke juga menggunakan alat yang sama namun rokok dilepas dari bagian suction alat.
3.5 SETTING ALAT THERMAL PRECIPITATOR
Sebelum pengambilan data perlu dipersiapkan beberapa hal sehingga dalam proses pengambilan data bisa akurat.
3.5.1 Pemasangan / assembly unit
Proses ini merupakan awal dari pembuatan alat thermal precipitator. Sistem input, sistem pendingin yang sudah jadi dipasangkan pada rangka, demikian juga dengan test section dan heater merupakan satu kesatuan dalam suatu rangkaian.
3.5.2 Pemasangan perlengkapan
Perlengkapan yang harus dipasang pada thermal precipitator antara lain : a. Smoke generator
b. Pompa air c. Gas sensor
d. Voltage Regulator dan Heater e. Voltage Adaptor dan Fan f. Thermometer control
Setelah semua bagian terpasang dengan baik, maka perlu dilakukan pengecekan ulang untuk memastikan semua sambungan ataupun perlengkapan elektronik terhubung dengan baik. Langkah-langkah pengujian meliputi :
41
1. Menyalakan sumber listrik dan memastikan semua bisa berfungsi dengan baik.
2. Nyalakan pompa air untuk mendinginkan test section.
3. Setting temperatur heater dengan mengatur tegangan pada voltage regulator. Atur berapa temperatur yang diinginkan dengan memutar tuas, terdapat beberapa nilai voltage yang diawali dari 25 ~ 250 dan nilai tiap skala adalah 5 volt. Pengaturan temperatur dilakukan secara bertahap dengan memutar tiap 10 skala sampai didapatkan temperatur yang diinginkan. Kenaikan temperatur ini dilakukan bertahap agar material pelat maupun kaca yang berada di sampingnya tidak mendapatkan perubahan temperatur secara mendadak, dikhawatirkan bisa menyebabkan kaca pecah. Perbedaan temperatur antara pelat atas dan pelat bawah yang diinginkan adalah sebesar 0o, 10o, 20o, 30o, 40o, 50o,, 60o
4. Masukkan asap rokok (smoke) melalui inlet valve pada box penampung, dengan cara menyalakan rokok dan memasangnya pada bagian suction smoke generator. pastikan outlet valve terbuka. Karena apabila valve outlet tertutup maka akan kesulitan ketika memasukkan asap rokok. Hal ini disebabkan box penampung tertutup rapat sehingga tidak ada udara yang keluar sebagai kompensasi dari asap rokok yang dimasukkan. Masukan asap sampai didapatkan kadar yang ditentukan, ukur menggunakan gas sensor Dalam pengambilan data, dibutuhkan kondisi volume box penampung terisi penuh oleh asap.
5. Letakan gas sensor pada ujung test section. Smoke generator tetap dinyalakan namun rokok dilepas dari bagian suctionya. Sehingga yang ditiupkan ke dalam box penampung asap hanya udara segar. Mulai lakukan pencatatan terhadap kadar gas yang keluar pada bagian outlet test section. Pencatatan dilakukan setiap 30 detik dan dilakukan sampai udara yang keluar dari test section benar-benar bersih.
Pengujian dilakukan secara bertahap. Diawali dengan pengambilan data pada kondisi tidak ada perbedaan panas antara dua plat (ΔT=0). Dan dilanjutkan dengan ΔT=10, ΔT=20, ΔT=30, ΔT=40, ΔT=50, ΔT=60 Untuk setiap gradien temperatur diambil datanya untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan sampai udara yang keluar dari test section benar-benar bersih. Format pengambilan data adalah sebagai berikut :
Tabel 3.4 format pengambilan data Menit Second Rgas/Rair ppm
30 1 60 90 2 120 150 3 180 210 4 240 270 5 300 330 6 360
