...

PURWARUPA PEMANTAU GAS HIDROGEN SULFIDA DALAM

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Transcript

PURWARUPA PEMANTAU GAS HIDROGEN SULFIDA DALAM
Simposium Nasional RAPI XIII - 2014 FT UMS
ISSN 1412-9612
PURWARUPA PEMANTAU GAS HIDROGEN SULFIDA
DALAM RUANG INDUSTRI KIMIA
1
Ziyaurrohman Alladany, Muhammad Arrofiq1
Program Diploma Teknik Elektro, Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta
Jl. Yacaranda, Sekip Unit IV Yogyakarta, 55281, Telp 0274 561111
Email: [email protected]
Abstrak
Keselamatan dan Kesehatan Kerja merupakan bagian penting dalam pelaksanaan setiap pekerjaan
terhadap keselamatan dan kesehatan pekerja dan lingkungan kerja. Kondisi lingkungan kerja yang
mengandung bahan-bahan berbahaya bagi manusia dengan konsentrasi di atas ambang yang
diperbolehkan sangat perlu untuk diketahui. Lingkungan kerja yang mengandung bahan gas beracun
sebagai contoh gas hidrogen sulfida (H2S) dalam konsentrasi tertentu dapat menimbulkan iritasi
mata. Pada konsentrasi yang lebih tinggi akan dapat menimbulkan gangguan pernafasan. Oleh
karena itu diperlukan sebuah piranti yang dapat mengukur konsentrasi gas hidrogen sulfida dan
dapat memberikan isyarat yang terkait dengan konsentrasi gas tersebut kepada para pekerja. Sistem
yang dikembangkan menggunakan sensor gas hidrogen sulfida dengan seri MQ-136. Sensor tersebut
merupakan salah satu jenis sensor gas hidrogen sulfida yang mampu mendeteksi gas mulai
konsentrasi 10 ppm sampai dengan 200 ppm. Seluruh pirani sistem dikendalikan oleh mikrokontroler.
Mikrokontroler mengolah isyarat yang dihasilkan sensor kemudian mengubah informasi tersebut
menjadi informasi nilai konsentrasi gas yang dideteksi, menampilkannya dan kemudian memberikan
isyarat kepada pekerja di sekitar dengan mengaktifkan lampu dan buzzer jika nilai konsentrasi gas
mencapai konsentrasi yang mulai membahayakan bagi manusia. Sistem yang telah dibangun telah
diuji di Balai Hiperkes. Pengujian dilakukan mulai konsentrasi gas 10 – 100 ppm. Pada pengujian
dengan konsentrasi mulai dari 10 – 20 ppm selisih yang terjadi maksimal 7,3 %, sedangkan pada
jangkah 30 – 100 ppm selisih maksimal 1,73%
Kata kunci: Hidrogen sulfida; mikrokontroler
Pendahuluan
Keselamatan dan Kesehatan Kerja merupakan bagian penting dalam pelaksanaan pekerjaan terhadap
keselamatan dan kesehatan pekerja dan lingkungan kerja. Kondisi keadaan lingkungan kerja yang mengandung
bahan-bahan berbahaya bagi manusia dalam konsentrasi di atas ambang yang diperbolehkan sangat perlu untuk
diketahui. Lingkungan kerja yang mengandung bahan gas beracun sebagai contoh gas hidrogen sulfida (H2S) dalam
konsentrasi tertentu dapat menimbulkan iritasi mata. Contoh lingkungan kerja yang mengandung unsur gas H2S
antara lain proses produksi minyak dan proses kimia. Dalam konsentrasi yang lebih tinggi akan dapat menimbulkan
gangguan pernafasan. Efek fisik gas H2S terhadap pekerja tergantung dari beberapa faktor antara lain lamanya
pekerja berada di lingkungan paparan gas, frekuensi pekerja terpapar, besarnya konsentrasi gas dan daya tahan
pekerja terhadap paparan gas (Elnusa, 2013). Tabel 1 menunjukkan efek pada manusia terhadap paparan konsentrasi
H2S. Berdasarkan keadaan tersebut, untuk lingkungan kerja yang berpotensi terhadap paparan gas H2S memerlukan
sistem yang mampu mendeteksi, mengukur, memberikan informasi potensi membahayakan serta dapat menyediakan
mekanisme pengeluaran gas tersebut ke luar lingkungan kerja. Keberadaan gas-gas tertentu dapat dideteksi dengan
mudah menggunakan salah satu panca indera manusia, namun konsentrasi gas tersebut tidak dapat dibedakan
dengan mudah. Untuk mengetahui konsentrasi gas tersedut diperlukan instrumen yang dapat mengukur, memberikan
informasi konsentrasi gas yang diukur serta dapat memberikan isyarat tingkat potensi bahaya bagi manusia.
Studi Pustaka
Pemanfaatan komputer sebagai pengolah utama pemantauan kadar gas H2S telah berhasil dirancang dan
diimplementasikan menggunakan instrumen virtual (Wenlian Li, 2008). Pengembangan selanjutnya, pemantauan
dilakukan secara remote terhadap 3 gas berbahaya yaitu NH3, H2S dan CO2 berbasis mikrokontroler dan telah
diimplementasikan pada industri peternakan ayam (Li-lihu, 2010). Peningkatan pemanfaatan media komunikasi
antara unit sensor dengan unit pemroses utama pada remote monitoring terhadap gas-gas berbahaya telah berhasil
E-19
Simposium Nasional RAPI XIII - 2014 FT UMS
ISSN 1412-9612
direalisasikan melalui jaringan Industrial Ethernet (Dong Wenjie, 2011). Penelitian yang dilaksanakan memiliki
tujuan untuk merealisasikan purwarupa pemantau gas H2S pada industria kimia berbasis mikrokontroler serta dapat
memberikan isyarat kepada orang di sekitar akan tingkat konsentrasi H2S melalui lampu penunjuk dan buzzer serta
pengaktifan exhaust fan.
Tabel 1. Tingkat konsentrasi H2S dan efeknya pada manusia
Tingkat H2S (ppm)
Efek pada Manusia
0,13
Tercium bau kadang-kadang
4,6
Mudah terdeteksi karena bau mulai tercium
10
Mulai iritasi pada mata dan mata mulai berair
27
Bau sangat menyengat dan mengganggu
100
Batuk-batuk, iritasi mata dan indera pencium tidak berfungsi lagi
200-300
Pembengkakan mata dan rasa kering di tenggorokan
500 - 700
Hilang kesadaran dan mematikan dalam waktu 1 jam
>700
Hilang kesadaran dengan cepat dan berlanjut kematian
Sumber : http://www.bencana-kesehatan.net/
Metodologi
Purwarupa yang dikembangkan memiliki susunan diagram kotak seperti ditunjukkan Gambar 1. Sistem ini
memanfaatkan mikrokontroler seri ATMega16 sebagai inti pengendalian, sensor gas H2S sebagai piranti masukan,
LCD, buzzer , lampu penunjuk serta exhaust fan sebagai piranti keluaran. Sistem mikrokontroler yang digunakan
memiliki skema rangkaian yang ditunjukkan Gambar 2. Untuk memfaatkan mikrokontroler tersebut hanya
memerlukan sedikit komponen tambahan, yaitu sistem reset, pembangkit detak luar dengan kristal dan penggerak
piranti keluaran dalam hal ini memanfaatkan transistor sebagai saklar untuk mengendalikan buzzer, LED dan
exhaust fan.
Gambar 1. Diagram kotak sistem yang dikembangkan
Gambar 2 Skema rangkaian sistem mikrokontroler
E-20
Simposium Nasional RAPI XIII - 2014 FT UMS
ISSN 1412-9612
Untai sensor yang digunakan memiliki skema seperti ditunjukkan Gambar 2 yang terdiri atas sebuah sensor
MQ-136 dan sebuah tahanan beban 20K (RL). Sensor yang digunakan memiliki dua bagian, yaitu pemanas
(heater, H) dan elektroda sensor (terminal A dan B). Heater dipergunakan untuk mengkondisikan suhu sensor.
Tegangan tahanan beban (VRL) merupakan tegangan yang akan dibaca oleh sistem mikrokontroler yang selanjutnya
akan digunakan untuk menentukan kadar konsentrasi gas yang diukur. Karakteristik sensitifitas sensor yang
digunakan berdasarkan lembar data ditunjukkan Gambar 4. Sumbu horisontal pada Grafik 4 adalah konsentrasi gas
(ppm) sedangkan sumbu vertikalnya adalah nilai RS/RO (Hanwei). Nilai RS adalah nilai resistansi sensor pada saat
mendapatkan paparan beberapa gas berbeda-beda sedangkan nilai RO adalah nilai resistansi sensor pada saat
menerima paparan H2S sebesar 10 ppm di udara bersih.
Gambar 3. Skema sensor
Gambar 4. Karateristik sensor
Dengan menggunakan informasi tegangan beban seperti Gambar 3 besarnya resistansi sensor dapat
ditentukan menggunakan persamaan (1). Nilai RO secara definitif tidak tersedia pada lembar data. Nilai resistansi
tersebut harus didapatkan melalui proses pengujian. Berdasarkan Gambar 4, pada saat paparan gas H2S dengan
konsentrasi 40 ppm, nilai RS/RO sebesar 1. Hal ini merupakan informasi sangat penting untuk mendapatkan nilai R O.
Pada saat tersebut nilai RS sama dengan nilai RO. Dengan menggunakan nilai tegangan beban terukur (V RL) saat
sensor dikondisikan dan memasukkannya pada persamaan (1) maka nilai R O definitif dapat diperoleh.
RS 
VC VRL
.RL
VRL
E-21
(1)
Simposium Nasional RAPI XIII - 2014 FT UMS
ISSN 1412-9612
Sampai tahap ini, nilai RS dan RO telah diperoleh. Selanjutnya adalah bagaimana mentransformasikan nilai
RS/RO menjadi nilai konsentrasi gas yang diukur. Secara manual dengan memanfaatkan grafik pada Gambar 4 dapat
dengan mudah mendapatkan nilai konsentrasi gas yang diukur. Permasalahannya adalah bagaimana proses tersebut
dapat dilakukan oleh mikrokontroler. Hal ini dapat dilakukan apabila model dari sensor melalui grafik Gambar 4
tersedia. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah model sensor. Dari grafik Gambar 4 diperlukan sejumlah pasanganpasangan data antara RS/RO dengan konsentrasi (ppm). Dengan data-data tersebut kemudian model dapat diperoleh
dengan memanfaatkan perangkat lunak bantu. Model sensor yang digunakan telah diperoleh dan ditunjukkan oleh
persamaan (2). Dengan menggunakan hasil pengukuran tegangan keluaran dan nilai-nilai yang telah diketahui maka
konsentrasi gas yang diukur dapat diketahui dengan menggunakan persamaan (2).
 V V  R
ppm  39,996  C RL L
 VRL . RO
 3,303


(2)
Tahap selanjutnya adalah mengotomatisasikan pengukuran nilai konsentrasi gas menggunakan
mikrokontroler. Tahap tersebut tidak lain adalah proses pengembangan perangkat lunak pada mikokontroler.
Gambar 5 menunjukkan diagram alir perangkat lunak pengendali yang tertanam pada mikrokontroler.
Gambar 5. Diagram alir perangkat lunak pada mikrokontroler
E-22
Simposium Nasional RAPI XIII - 2014 FT UMS
ISSN 1412-9612
Hasil Implementasi
Dengan menggunakan peralatan acuan yang dimiliki oleh Balai Hiperkes sebagai pembanding, selanjutnya
dilakukan pengujian terhadap sistem yang dikembangkan. Hasil pengujian untuk jangkah konsentrasi gas H2S
10 ppm sampai 100 ppm disajikan oleh Tabel 2. Selain mengukur konsentrasi gas, sistem akan memberikan isyarat
berupa lampu warna penunjuk keadaan, buzzer serta pengaktifan exhaust fan. Kondisi lampu penunjuk, buzzer serta
exhaust fan terkait dengan tingkat konsentrasi gas yang diukur disajikan oleh Tabel 3.
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No
1
2
3
Tabel 2 Perbandingan Hasil Pengukuran
Hasil Ukur konsentrasi H2S (ppm)
Perbedaan
Instrumen
Sistem yang
(%)
Pembanding
dikembangkan
10
9.27
7,3
20
19.35
3,25
30
29.48
1,73
40
39.51
1,25
50
49.66
0,68
60
59.76
0,4
70
69.89
0,15
80
79.93
0,087
90
90.05
0,056
100
101.24
1,24
Tabel 3. Kondisi lampu penunjuk, buzzer dan kipas
Keadaan
Konsentrasi
H2S (ppm) Lampu Penunjuk
Buzzer Exhaust fan
0–5
Hijau Menyala
OFF
OFF
5 – 20
Kuning Menyala
ON
ON
20 - 100
Merah Menyala
ON
ON
Kesimpulan
Purwarupa sistem yang dikembangkan telah bekerja sesuai dengan rencana dan mampu mendeteks gas H2S
dengan konsentrasi 10 sampai 100 ppm. Persentase perbedaan pada jangkah 10 ppm sampai 20 ppm masih tinggi,
7,3%, sedangkah mulai 30 sampai 100 ppm persentase perbedaannya di bawah 2 % yaitu 1,73%.
Daftar Pustaka
Dong Wenjie, Zhou Chunmei, Lin Jinyoung, Zhang Chunxia, Zhang Jun, (2011), “Embedded Ethernet Remote
Monitoring System Basedn on DSP”, International Conference on Instrumentation, Measurement,
Computer, Communication and Control, Beijing, pp.635-638.
Elnusa, PT., (2013), “Pengetahuan Umum Tentang Gas H2S”, 2013.
Gao Xiaoan, (2011), “Networked Control and Monitoring System Based on Industrial Ethernet”, IEEE Conference
on Industrial Electronics and Applications, Beijing.
Hanwei, “Technical Data MQ-136 Gas Sensor”, hwsensor.com
Li-lihua, Gao-li ai, (2010), “Remote monitoring system of henhouse harmful gases”, International Conference on
Computer Application and System Modeling. pp.176-178.
Wenlian Li, Chuangqing Liu, Yang Li, Fang Xiao, (2008), “The Design and Implementation of Monitoring System
for H2S Gas Volume Fraction with Virtual Instrument”, IEEE Pacific-Asia Workshop on Computational
Intelligence and Industrial Application. Wuhan, pp.567,570.
E-23
Fly UP