PENENTUAN KADAR GAS KARBON DIOKSIDA (CO 2 ) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 4160

(1)

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

(2)

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

(3)

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)

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

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

(8)

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

(9)

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

(10)

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.

(11)

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

(12)

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

(13)

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

(14)

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

(15)

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

(16)

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

(17)

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