POLITEKNOLOGI VOL10 NO 2 MEI 2012
WIRELESS MEASUREMENT GAS, KARBON MONOKSIDA (CO), NITROGEN DIOKSIDA (NO2) DAN OZON (O3) Tossin Alamsyah1), Asti Dwitya2), Ahmad Sarifuddin3), Endang Saepuddin4) 1,4) 2,3)
Afiliasi , Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta , Depok 16422 Alumni Jururusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta, Depok 16422 e-mail :
[email protected]
ABSTRACT. Artikel ini membahas model pengukur gas (CO,NO2,O3) berbasis Mikrokontroler dengan pemantauan nirkabel. Gas yang diukur adalah gas karbon monoksida (CO), Nitrogen dioksida (NO2) dan Ozon (O3). Kadar Gas dibaca dengan Sensor Gas TGS 220, kemudian diproses dengan mikrokontroler ATMega 8535 hasil pembacaannya ditransmisikan dengan nirkabel menggunakan teknologi zegbee ke PC Server untuk diolah dan dicetak informasinya dengan bantuan software aplikasi Labview. Berdasarkan pengamatan dapat disimpulkan bahwa pengiriman dan penerimaan data dengan teknik nirkabel ke PC oleh zigbee (nirkabel) dapat ditransmisikan dengan baik pada frekuensi ±2,4 GHz dan bebas dari noise pada jarak jangkauan sampai ±75 meter, dengan perbedaan pembacaan diatas 15%, dibandingkan dengan alat ukur standar. Dengan menggunakan aplikasi labview pembacaan mudah dikoreksi dan dapat ditampilkan secara grafis secara real time.
Kata kunci :Sensor gas, Nirkabel, Mikrokontroller, labview. ABSTRAK. This article discusses the model of measuring gas (CO, NO2, O3) based Microcontroller with wireless monitoring. The gas to be measured are carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO2) and Ozone (O3). microcontroller base measurement results are transmitted by wireless technology to your PC zegbee Server to be processed and printed information with the help of Labview software applications. Based on the observations we can conclude that the sending and receiving data wirelessly to the PC technique by ZigBee (wireless) can be transmitted by both the frequency of ± 2.4 GHz and free of noise at a distance range of up to ± 75 meters, with readings above 15% difference compared with standard gauge. By using labview reading applications easily corrected and can be displayed graphically in real time. Keywords: Gas Sensor, Nirkabel, CO,NO2, O3, Labview.
memprihatinkan. Sumber polusi udara dapat berasal dari berbagai kegiatan antara lain industri, transportasi, perkantoran, dan perumahan. Berbagai kegiatan tersebut merupakan kontribusi terbesar dari polusi udara yang dibuang ke udara bebas. Pertumbuhan pembangunan seperti industri, transportasi, dll disamping memberikan dampak positif namun disisi lain akan
PENDAHULUAN Udara sebagai komponen lingkungan yang penting dalam kehidupan perlu dipelihara kualitasnya. Polusi udara dewasa ini semakin menampakkan kondisi yang sangat
157
Tossin Alamsyah, dkk. memberikan dampak negative dimana salah satunya berupa polusi udara baik yang terjadi didalam ruangan (indoor) maupun diluar ruangan (outdoor).
kuat 250 kali dibandingkan dengan HbO. Akibatnya Hb sulit melepas CO, sehingga tubuh bahkan otak akan mengalami kekurangan oksigen.
Dikota-kota besar, kontribusi gas buang kendaraan bermotor sebagai sumber polusi udara mencapai 60-70%, sedangkan kontribusi gas buang cerobong asap industry hanya berkisar 10-15%, sisanya berasal dari rumah tangga, pembakaran sampah, kebakaran hutan, dll. Berdasarkan organisasi kesehatan dunia (WHO) menetapkan beberapa jenis polutan yang dianggap serius, antara lain partikel aspal, jelaga, hidrokarbon, sulfur dioksida, dan nitrogen oksida. Mengingat dampak bahaya polusi udara terhadap kesehatan maka parameter dan ukuran (kadar) kualitas udara perlu diukur sebagai langkah preventif (pencegahan) atau langkah kuratif (pengobatan). Dalam penelitian ini kadar udara yang akan diukur adalah karbonmonoksida (CO), gas ozone (O3), dan nitrogen dioksida (NO2).
Kekurangan oksigen dalam darah inilah yang akan menyebabkan terjadinya sesak napas, pingsan, atau bahkan kematian. Sumber keberadaan gas CO ini adalah pembakaran yang tidak sempurna dari bahan bakar minyak bumi. Salah satunya adalah pembakaran bensin, di mana pada pembakaran yang terjadi di mesin motor, dapat menghasilkan pembakaran tidak sempurna dengan reaksi sebagai berikut. 2 C8H18(g) + 17 O2(g) –>16 CO(g) + 18 H2O(g)……….(1) Sumber lain yang menyebabkan terjadinya gas CO, selain pembakarantidak sempurna bensin adalah pembakaran tidak sempurna yang terjadi pada proses industri, pembakaran sampah, pembakaran hutan, kapal terbang, dan lain-lain. Namun demikian, penyebab utama banyaknya gas CO di udara adalah pembakaran tidak sempurna dari bensin, yang mencapai 59%.
a) Gas karbon monoksida (CO), Adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan tidak merangsang. Hal ini menyebabkan keberadaannya sulit dideteksi. Padahal gas ini sangat berbahaya bagi kesehatan karena pada kadar rendah dapat menimbulkan sesak napas dan pucat. Pada kadar yang lebih tinggi dapat menyebabkan pingsan dan pada kadar lebih dari 1.000 ppm dapat menimbulkan kematian. Gas CO ini berbahaya karena dapat membentuk senyawa dengan hemoglobin membentuk HbCO, dan ini merupakan racun bagi darah. Oleh karena yang diedarkan ke seluruh tubuh termasuk ke otak bukannya HbO, tetapi justru HbCO. Keberadaan HbCO ini disebabkan karena persenyawaan HbCO memang lebih kuat ikatannya dibandingkan dengan HbO. Hal ini disebabkan karena afinitas HbCO lebih
b) Gas Ozon (O3), Merupakan gas rumah kaca yang secara kontinyu dihasilkan dan dirusak di atmosfer melalui reaksi kimia. Di troposfer, aktivitas manusia telah meningkatkan kadar ozon melalui pelepasan gas seperti karbon monoksida, hidrokarbon, dan oksidaoksida nitrogen, yang dapat bereaksi secara kimia menghasilkan ozon. Berdasarkan guidelines IPCC 1996 yang telah direvisi, yang dikategorikan sebagai gas rumah kaca adalah CO2, metana (CH4), dinitrogen oksida (N2O), hidrofluorokarbon (HFC, merupakan kelompok gas), perfluorokarbon (PFC, merupakan kelompok gas), dan sulfur heksafluorida (SF6). Gas-gas inilah yang juga menjadi acuan pada Protokol 158
POLITEKNOLOGI VOL10 NO 2 MEI 2012 Kyoto (1997). Gas rumah kaca lain yang terdapat pada guidelines IPCC 2006 adalah nitrogen trifluorida (NF3), trifluorometil sulfur pentafluorida (SF5CF3), eter terhalogenasi, dan halokarbon lain. Gas-gas yang mengandung fluorida seperti HFC, PFC, SF6, SF5CF3, dan NF3 dapat dikelompokkan sebagai gas-gas terfluorinasi (fluorinated gases). Gasgas ini diproduksi terutama sebagai pengganti zat-zat perusak ozon atau Ozone Depleting Substances (ODS), terutama klorofluorokarbon (CFC) atau freon yang banyak digunakan sebagai refrigeran dan propelan aerosol.
Ada dua cara untuk menghindari pembakaran tidak sempurna, maka dilakukan 2 proses pembakaran yaitu : 1) Bahan bakar dibakar pada temperatur tinggi dengan sejumlah udara sesuai dengan persamaan stoikiometri, misalnya dengan 90 95% udara. Pembakaran NO dibatasi tidak dengan adanya kelebihan udara. 2) Bahan bakar dibakar sempurna pada suhu relatif rendah dengan udara berlebih. Suhu rendah menghindarkan pembentukan NO. Kedua proses ini menurunkan pembentukan NO sampai 90%. NO2 pada manusia dapat meracuni paruparu, kadar 100 ppm dapat menimbulkan kematian, 5 ppm setelah 5 menit menimbulkan sesak nafas.
c) Gas Nitrogen dioksida (NO2), Disebut dengan NOx karena oksida nitrogen mempunyai 2 bentuk yang sifatnya berbeda, yakni gas NO2 dan gas NOx. Sifat gas NO2 adalah berwarna dan berbau, sedangkan gas NO tidak berwarna dan tidak berbau. Warna gas NO2 adalah merah kecoklatan dan berbau tajam menyengat hidung. Kadar NOx diudara daerah perkotaan yang berpenduduk padat akan lebih tinggi dari daerah pedesaan yang berpenduduk sedikit. Hal ini disebabkan karena berbagai macam kegiatan yang menunjang kehidupan manusia akan menambah kadar NOx di udara, seperti transportasi, generator pembangkit listrik, pembuangan sampah dan lainlain.
Berdasarkan pada penjelasan di atas maka perlunya penelitian ini dilakukan karena pada dasarnya kita harus mewaspadai kadar gas CO,O3 dan NO2 di lingkungan kita (khususnya kota Jakarta). Pada penelitian ini akan dirancang sebuah model Pengukuran Gas khususnya CO, O3 dan NO2 berbasis Mikrokontroler dengan pemantauan nirkabel yang menggunakan teknologi Zigbee serta pengolahan hasil pengukuran menggunakan software aplikasi Labview, ditunjukkan pada Gambar 1.
Pencemaran gas NOx diudara terutama berasal dari gas buangan hasil pembakaran yang keluar dari generator pembangkit listrik stasioner atau mesinmesin yang menggunakan bahan bakar gas alami. Keberadaan NOx diudara dapat dipengaruhi oleh sinar matahari yang mengikuti daur reaksi fotolitik NO2 sebagai berikut :
Salah satu permasalahan yang teridentifikasi yaitu: bahwa modul alat tersebut harus mampu mentrasmisikan mengirimkan data dengan teknik pemantauan nirkabel dengan komunikasi ZigBee dengan penampil data pada PC berbasis software aplikasi Labview.
NO2 + sinar matahari → NO + O O + O2 → O3 (ozon) O3 + NO → NO2 + O2
159
Tossin Alamsyah, dkk. dengan cara memberikan kondisi off pada sensor untuk kemudian dilihat pada tampilan PC server yang telah terinstall software labview. Konidisi baik dinyatakan dengan point tiga (3) sedangkan untuk kurang dinyatakan dengan point lima (5). Gambar 2 berikut menampilkan keadaan transmisi saat dilakakukan
METODE PENELITIAN Pengujian yang dilaksanakan pada hasil penelitian ini adalah pengujian transmisi ZigBee dan pengujian hasil pengukuran. Untuk pengujian ini dilakukan di laboratorium elektronika. Pada pengujian transmisi dilakukan sejauh mana transmisi zigbee dikatakan baik, yang artinya tidak terjadi perbedaan pengukuran. Sedangkan untuk pengukuran dilakukan dengan menggunakan sumber gas dari kendaraan bermotor roda dua yang memiliki mesin dua tax. Pengujian yang dilakukan pada ruang terbuka(outdoor), data berupa data ADC yang dikirim dari alat pengukur ke modul ZigBee receiver dengan menggunakan PC, mulai dari jarak 10 sampai 75 meter. Koneksi dalam keadaan dengan penanda tiga(3) sedangkan konidisi pada kedaan tidak baik diberi penanda lima(5). Tabel 1. Hasil Pengukuran Gas. Jenis Sensor Jenis Pengukuran Daerah Ukur: Konsentrasi gas:
Sensor gas TGS 2201(CO dan Sensor MQ131(O3) Real time PPM CO 50 0,0044 100 0,0088 200 0,0149 300 0,0298 400 0,0403 500 0,0503 Ms. Excel
Gambar 2. Diagram hasil pengujian Transmisi Zigbee
NO2)
Pada jarak sampai 75 meter transmisi zigbee dalam keadaaan bagus artinya kesalkahan pengukuran sangat kecil, sedangkan diatas 80 meter , telah terjadi kesalahan pembacaan. Secara visual hasil pembacaan pengukuran Gas dapat ditampilkan pada Gambar 2. berikut;
ISPU
O3 0,06 0,12 0,2 0,41 0,51 0,61
NO2 0,6 1,2 1,6 2
Dokumentasi Data Front Panel (HMI) dengan User aplikasi LabView Interface
HASIL dan PEMBAHASAN Untuk mengamati system telah dilakukan beberapa pengujian yaitu; pertama dilakukan pengujian pada sistim transmisi Zigbee. Pengujian ini dilakukan di laboratrium elektronika, 160
POLITEKNOLOGI VOL10 NO 2 MEI 2012
Gambar 3. Tampilan Pengukuran Gas pada PC. Gambar 3. Hasil Pengukuran Gas CO.
Dari hasil pengukuran yang dilakukan, berupa pengambilan data logger secara real time pada CO, NO2 dan O3 yang terus berubah dalam selang waktu tertentu beberapa detik. Hasil pengukuran dapat ditampilkan pada Tabel 1. berikut;
Diagram hasil pengukuran ditampilkan pada Gambar 3 di atas, menunjukkan bahwa pengukuran NO2 , menggunakan metode konversi dari hasil pengukuran CO2 hal tersebut juga berlaku pada gas O3. Standarisasi pengukuran NO2 dan O3 ini belum sempurna, karena nilai standarisasi menggunakan rekayasa konversi dari nilai CO2, yang menngunakan alat Lutron PCO-350 Digital CO Meter, dari grafik diatas dapat diamati bahwa semakin besar hasil pembacaan maka deviasi kesalah semakin naik.
Tabel 1. Hasil Pengukuran Jenis Sensor Jenis Pengukuran Daerah Ukur: Konsentrasi gas:
Sensor gas TGS 2201(CO dan Sensor MQ131(O3) Real time PPM CO 50 0,0044 100 0,0088 200 0,0149 300 0,0298 400 0,0403 500 0,0503 Ms. Excel
NO2)
ISPU
O3 0,06 0,12 0,2 0,41 0,51 0,61
NO2 0,6 1,2 1,6 2
Keadaan ini juga berpengaruh juga untuk pemgukuran NO2 dan O3, hasilnya ditampilkan pada Gambar 4 dan 5. Dari gambar dapat diamati bahwa model menghasilkan pengukuran diantara , pengukuran ISPU dan nilai standarisasi dengan Lutron PCO3 dan digital CO meter .
Dokumentasi Data Front Panel (HMI) dengan User aplikasi LabView Interface
Pada saat pengukuran ISPU 500, selisih hasil pengukuran model berlebih 3 satuan seangkan jika dibandingkan dengan perankat Lutron dan CO meter hanya bertaut tujuh satuan lebih rendah.
Hasil Pengukuran ISPU dan PPM gas CO, O3 dan NO2, dapat dinyatakan dengan grafik berikut;
161
Tossin Alamsyah, dkk. Gambar 4 dan 5 ini menunjukkan grafik hasil pengukuran O3 dan NO2.
Berdasarkan hasil dari perancangan dan hasil analisa pengujian model dapat disimpulkan ; a) Pengiriman dan penerimaan data dari modul ke PC dengan menggunakan zigbee ditransmisikan dengan baik pada jarak jangkauan sampai ±75 meter, dengan frekuensi kerja pada ±2,4 GHz. b) Program aplikasi Labview pada modul sanat membantu sekali dalam pengambilan data yang real time. c) Dari hasil pengujian dapat disimpulkan modul pengukuran gas CO,NO2 dan Q3 bekerja baik meskipun hasil pembacaan nya berbeda satu digit dibanding perlatan standar Lutron dan CO meter.
Gambar 3. Hasil Pengukuran Gas O3
SARAN Perbaikan dalam pembacaan dapat dilakukan koreksi pada Program Labview dengan dilakukan singkronisasi antara modul alat pengukuran dengan software Labview, sebelum dilakukan pembacaan DAFTAR PUSTAKA [1] Indartomo Y.S., dkk. 2009. Energi dan Lingkungan Sebuah Keterkaitan yang Erat. Prosiding Seminar Nasional 4 – 5 Maret 2009 Dies Emas ITB, Bandung. . [2] Yoshuaki UDA, 1999. Energy Management, New Energy and Industrial Technology Development Organization Training Program on Industry and Evironmental Protection for ASEAN (Program on Energy Conservation). [3] Irvan Adhi Eko Putro, Imam Abadi, “RANCANG BANGUN ALAT UKUR EMISI GAS BUANG, STUDI KASUS: PENGUKURAN GAS KARBON MONOKSIDA
Gambar 3. Hasil Pengukuran Gas NO2
KESIMPULAN. 162
POLITEKNOLOGI VOL10 NO 2 MEI 2012 (CO)”, http://digilib.its.ac.id/public/ITSpaper-23334-2409030052-Paper.pdf [4] Margaretha S. “Analisis Karbon Monoksida (CO) [5] Dalam Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Dengan Sensor Gas Semikonduktor”, http://repository.usu.ac.id/handle/12 3456789/19277
[6] http://www.digi.com/ diakses 2 mei 2012 [7] National InstrumentsTM. LabView Application Notes. U.S. Corporate http://www.ni.com/labviewzone / diakses 5 mei 2012 .
Gambar 1. Diagram Model wireless measurement gas.
163
