SMOKE DETECTOR Semakin berkembangnya zaman, kemajuan teknologi semakin berkembang pesat pula. Berkembangnya kemajuan teknologi sekarang semakin memberikan kemudahan bagi kita untuk melakukan sesuatu aktifitas tertentu. Salah satu kemajuan teknologi yang berkembang sangat pesat pada zaman sekarang ini adalah pada bidang eletronika, yaitu berupa rancang bangun sistem kontrol. Sistem kontrol merupakan suatu sistem yang bertujuan untuk mengendalikan suatu proses agar output yang dihasilkan dapat dikontrol sehingga tidak terjadi kesalahan (Setiawan, 2006). Dalam sistem kontrol terdapat dua jenis yaitu sistem kendali loop terbuka dan loop tertutup : a. Open Loop (Loop Terbuka) Suatu sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaran tidak di umpan-balikkan ke parameter pengendalian.
Gambar 1. Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Terbuka
b. Close Loop (Loop Tertutup) Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik (feedback), lalu diumpankan pada komponen pengendalian (controller) untuk memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang diinginkan. Keuntungan sistem loop tertutup adalah adanya pemanfaatan nilai umpan balik yang dapat membuat respon sistem kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem. Kerugiannya adalah tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu gangguan sebelum gangguan tersebut mempengaruhi nilai prosesnya.
Gambar 2. Diagram Blok Sistem Kontrol Tertutup
Ada banyak proses yang harus dilakukan untuk menghasilkan suatu produk sesuai standar, sehingga terdapat parameter yang harus dikontrol atau di kendalikan antara lain tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), kerapatan (intensity), dan lain-lain. Gabungan kerja dari berbagai alat-alat kontrol dalam proses produksi dinamakan sistem pengontrolan proses (process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process control instrumentation). Pada paper ini akan dibahas mengenai sistem kendali pada alat pendeteksi kebakaran tipe smoke detector. Bekerja pada lingkungan kelistrikan sangat rawan terhadap bahayakebakaran, baik karena listrik statis maupun karena listrik dinamis. Kebakaran listrik sebenarnya tidak perlu terjadi jika syarat-syarat pemasangan dan keamanannya terpenuhi. Pada sistem jaringan lama, untuk sampai pada pemakai dipergunakan sistem pengaman bertingkat, sehingga kemungkinan kebakaran sebagai akibat timbulnya panas yang berlebih sangat kecil. Kebakaran terjadi karena tindakan dari para pemakai daya listrik sendiri yang tidak paham tentang bahaya listrik. Sebagai contoh, saat terjadi hubungan singkat yang mengakibatkan sekering putus, kemudian kita menyambung kawat sekering dengan kawat berdiameter lebih besar (tanpa memperhitungkan arus yang lewat), sehingga arus yang lewat kawat menjadi lebih besar (tidak sesuai dengan ketentuan keamanan). Hal ini menyebabkan panas yang berlebih pada penghantar meleleh dan timbullah hubung singkat yang disertai dengan bunga api, bunga api inilah yang sering menyebabkan terjadinya kebakaran. Kebakaran yang terjadi pada sistem jaringan terjadi akibat dari bersinggungannya dua hantaran, kadang-kadang terjadi ledakan ringan yang mengakibatkan putusnya ikatan penghantar. Disinilah banyak terjadi kecelakaan karena sistem proteksi putus hantaran tidak berfungsi. Apabila terjadi ledakan pada reaktornya, semata-mata karena sistem proteksi yang berada dalam tabung reaktor bekerja. Hal ini terjadi bila batas beban lebih dilampaui atau terjadi hubung singkat pada sistem (Widodo, 2005). Asap adalah keseluruhan partikel yang melayang-layang baik kelihatan maupun tidak kelihatan hasil dari suatu pembakaran. Dikarenakan asap bersifat naik ke atas, umumnya pendeteksi asap (Gambar 3) dipasang di langit-langit, atau di dinding dekat langit- langit. Untuk mempertinggi tingkat kemungkinan membangunkan penghuni yang sedang tidur, biasanya pendeteksi asap dipasang di dekat kamar tidur. Idealnya di ruang terbuka, atau paling baik di dalam kamar tidur itu sendiri (SNI 03-6571-2001).
Gambar 3. Alat Pendeteksi Asap
Pendeteksi asap secara umum jauh lebih cepat mendeteksi kebakaran dari pada pendeteksi panas. Umumnya pendeteksi asap bekerja menggunakan prinsip Optical Detection atau Ionization. Tetapi dapat juga digunakan secara bersamaan untuk mempertinggi sensitifitasnya sebagai pendeteksi asap. Pendeteksi ini dapat beroperasi sendiri, dihubungkan satu sama lainnya untuk membuat pendeteksi-pendeteksi di satu area menyalakan alarm jika salah satu pendeteksi terpicu, atau diintegrasikan ke Sistem Alarm Kebakaran atau sistem pengamanan. Kematian dari kebanyakan orang disebabkan oleh gumpalan padat asap tebal dimana biasanya menjadi masalah yang lebih besar dari pada terbakar. Untuk alasan ini pendeteksi asap fotoelektrik biasa digunakan pada jalan keluar seperti koridor dan tangga. Dan pendeteksi asap ionisasi biasa digunakan dalam ruangan kantor dan tempat-tempat umum lainnya. Secara umum jenis detector ini dibagi menjadi 3 macam yaitu ionization smoke detector, photoelectric smoke detector, dan air sampling smoke detector. Perbedaan dari ketiga jenis smoke detector tersebut hanya pada metode deteksinya. Smoke Detector adalah detektor yang berkerjanya berdasarkan batas konsistensi asap tertentu, detektor asap dapat berupa : Detektor Asap optik (Photo Electric Smoke Detector) adalah alat yang mendeteksi adanya asap yang berkerja dengan prinsip berkurangnya cahaya oleh asap oleh kosentrasi tertentu. Pendeteksi jenis ini bekerja berdasarkan prinsip pembuyaran dan pemantulan cahaya. Pendeteksi jenis ini sensitif terhadap asap dengan partikel besar dan tidak sensitif terhadap asap dengan partikel kecil.
Gambar 4. Prinsip Pembuyaran Cahaya
Prinsip pembuyaran (Gambar 4) menggunakan sumber cahaya langsung dari sumber ke penerimanya. Ketika asap melintasi di depan sumber cahaya, sejumlah cahaya dibuyarkan yang menyebabkan sedikit cahaya terdeteksi oleh penerima cahaya. Penurunan jumlah cahaya ini memicu alarm.
Sedangkan prinsip pemantulan cahaya menggunakan LED dan sebuah fotodioda atau sensor fotoelektrik lainnya terletak di sebelah pembatas sebagai pendeteksi cahaya. Jika tidak ada asap, cahaya melewati secara garis lurus di depan pendeteksi. Ketika asap memasuki ruang deteksi, sejumlah cahaya dipantulkan oleh partikel asap ke foto dioda. Penambahan cahaya yang masuk ke fotodioda memicu alarm. Gambar 5 memperlihatkan prinsip kerja pemantulan cahaya dari pendeteksi optik.
Gambar 5. Prinsip kerja pemantulan cahaya pendeteksi optik
Detektor Asap Ionisasi (Ionization Smoke Detector) adalah alat yang berkerja dengan prinsip berkurangnya arus ionisasi oleh asap pada kosentrasi tertentu. Pendeteksi jenis ini lebih murah dibandingkan dengan pendeteksi jenis optik, tetapi terkadang pendeteksi ini ditolak karena alasan lingkungan. Pendeteksi ini menggunakan ruang ionisasi dan sumber radiasi ionisasi untuk mendeteksi asap. Di dalam pendeteksi ionisasi ini terdapat sejumlah kecil (sekitar 1/5000 gram) zat radioaktif americium-241. Unsur dari radioaktif ini merupakan sumber partikel alpha yang baik. Ruang ionisasi terdiri dari dua lempengan logam yang terpisah sekitar satu sentimeter. Sumber tegangan arus searah diberikan ke lempengan yang membuat lempengan bermuatan. Prinsip keja dari detektor asap ionisasi adalah partikel alpha yang dihasilkan oleh americium mengionisasi atom oksigen dan nitrogen dari udara yang terdapat di dalam ruang ionisasi. Ketika elektron terlepas dari sebuah atom, maka akan menghasilkan sebuah elektron bebas (bermuatan negatif) dan sebuah atom yang kehilangan satu elektron (bermuatan positif). Elektron negatif ditarik oleh lempengan yang bertegangan positif dan atom positif ditarik oleh lempengan yang bertegangan negatif (persis seperti magnet) dan menghasilkan sejumlah kecil arus listrik akibat pergerakan elektron dari atom ini melalui lempengan-lempengan bertegangan tadi. Ketika asap memasuki ruangan ionisasi, asap mengganggu aliran arus dimana partikel asap menyatu terhadap ion dan menetralkannya, sehingga terjadi penurunan jumlah arus yang mengalir di antara lempengan dan mengaktifkan alarm. Pendeteksi jenis ini sangat sensitif terhadap asap dengan partikel kecil yang diproduksi oleh kebanyakan nyala api. Tetapi menjadi tidak sensitif terhadap asap dengan partikel besar, seperti asap yang dihasilkan dari pembakaran plastik.
Fire alarm protection (alarm kebakaran) merupakan salah satu alat pemadam kebakaran yang akan berbunyi ketika terjadi kebakaran. Semua komponen dari alarm kebakaran harus diperiksa secara teratu untuk memastikan bahwa peralatan tersebut bekerja dengan baik. Bagian-bagian yang terdapat pada alarm kebakaran, antara lain : 1) Pendeteksi (detector) 2) Bel dan suara/sirine 3) Lampu tanda (healthy indicator and fire indicator) 4) Sinyal pengendali (remote signalling) 5) Tombol reset 6) Name plate berisi spesifikasi dari alarm kebakaran tersebut Pada sistem kontrol alarm kebakaran ini yang menjadi variabel inputnya adalah asap dan suhu tinggi. Sedangkan yang menjadi variabel outunya adalah bunyi alarm dan nyala lampu LED. Suatu detektor asap akan mendeteksi kebakaran jauh lebih cepat dibanding detektor panas. Detektor asap dikenali dari prinsip operasinya, yakni: sensor ionisasi dan fotoelektrik. Pada paper ini tipe smoke detector yang dibahas adalah tipe ionisasi. Di dalam detektor asap sensor fotoelektrik, suatu sumber cahaya dan sensor cahaya diatur sedemikian sehingga sinar dari sumber cahaya tidak menumbuk sensor cahaya. Ketika partikel asap masuk alur cahaya, sebagian dari cahaya menyebar dan mengarah ke sensor, menyebabkan detektor untuk mengaktifkan suatu bunyi alarm. Detektor asap sensor ionisasi berisi sejumlah kecil bahan radioaktif americium yang dilekatkan pada suatu lembaran matriks emas di dalam suatu kamar ionisasi. Americium pada detektor asap akan mengionisasikan udara di dalam kamar (chamber) pengindera, memberikan daya konduksi dan suatu aliran arus melalui udara antara dua muatan elektroda. Hal ini memberi kamar pengindera suatu efek aliran listrik. Apabila partikel asap masuk daerah ionisasi, maka asap tesebut akan mengurangi aliran listrik udara dengan menempelkan diri pada ion, yang menyebabkan pengurangan gerak ion. Ketika arus listrik kurang dari tingkat yang ditetapkan, maka detektor akan merespon (Anonim, 1989). Detektor/sensor mendeteksi indikasi adanya kebakaran seperti asap dan suhu yang tinggi dan mengirimkan sinyal kebakaran/api ke fire control panel (FCP) untuk diolah. Selain melalui detektor, FCP juga menerima sinyal dari manual call point (break glass) yang berupa penekanan tombol darurat oleh manusia yang melihat adanya kebakaran. Sinyal tersebut diolah oleh FCP dan kemudian dilakukan aksi berupa pemberian peringatan. Sistem alarm kebakaran disini terdiri dari 2 FCP. Tiap Panel terdiri dari 2 controller. FCP 1 terdiri dari controller 1 dan controller 2, sedangkan FCP 2 terdiri dari controller 3 dan controller 4. Masing-masing controller menerima input dari detektor atau manual call point dengan zona yang berbeda. Controller 1 menerima input dari zona 1-30, controller 2 dari zona 31-60, controller 3 dari zona 61-90 dan controller 4 dari zona 91-120. Output controller 1 terhubung dengan ketiga annunciator yang merepresentasikan aktivasi zona 1-30, output
controller 2 untuk zona 31-60, output controller 3 untuk zona 61-90, output controller 4 untuk zona 90-120. Annunciator mempunyai lampu-lampu LED indikator yang masingmasing merepresentasikan tiap zona dan buzzer yang akan selalu berbunyi dimana zona terjadi kebakaran. Jika detektor mendeteksi adanya kebakaran, maka detektor akan mengirimkan sinyal ke controller sesuai dengan dimana detektor tersebut terhubung. Selain itu bell/horn juga berbunyi sesuai dengan controller aktif yang terhubung. Misalkan terjadi kebakaran di zona 20, detektor akan mengirimkan sinyal ke controller 1 dan output controller 1 akan menyalakan lampu LED indikator yang merepresentasikan zona 20 di ketiga annunciator dan bell/horn akan berbunyi. Controller adalah bagian terpenting sistem yang merupakan pusat segala pengolahan sinyal dan aksi atau perilaku dari sistem alarm (Anonim, 1992).
Gambar6. Koneksi pin pada controller
Controller mendapatkan tegangan dari power supply circuit yang sekaligus berfungsi untuk mengisi power supply cadangan (battery) dan melakukan pemindahan power supply dari main power ke power supply cadangan atau sebaliknya. Koneksi pin dapat dilihat di gambar 3. Pada gambar 3, BC dan BF menunjukkan local alarm, PU dan PV menunjukkan pilot lamp, T menunjukkan telepon, A menunjukkan manual alarm, I-, B+ dan I1-I menunjukkan annunciator, dan C dan L1-L30 menujukkan ke tiap zona 1 – 30 (Anonim, 1985).
Gambar7. Skema sistem alarm kebakaran di IRM
Hasil pengolahan sinyal indikasi adanya kebakaran oleh controller, kemudian dikirim ke annunciator yang berfungsi sebagai alat berupa display panel yang memberikan informasi zona dimana terjadinya kebakaran. Informasi terjadinya kebakaran berupa bunyi (buzzer), serta lampu LED indikator yang menunjukan zona terjadinya kebakaran. Sinyal kebakaran tersebut juga dikoneksikan ke horn pada combination panel untuk membunyikan alarm. Pada combination panel terdapat juga tombol (manual call point) yang dapat ditekan (push) bila seseorang melihat adanya kebakaran, selain itu terdapat juga socket telepon untuk berkomunikasi dengan telepon yang ada pada fire control panel. Disamping itu juga pada combination panel terdapat lampu yang menyala untuk menandakan fire control panel dalam keadaan beroperasi (Anonim, 1985).
