SISTEM INFORMASI DATA LOGGER PEMANTAUAN TINGKAT KONSENTRASI GAS AMMONIA PADA INDUSTRI KULIT

Transkripsi

1 SISTEM INFORMASI DATA LOGGER PEMANTAUAN TINGKAT KONSENTRASI GAS AMMONIA PADA INDUSTRI KULIT Cyrilla Indri Parwati 1, Hadi Prasetyo Suseno 2, Erfanti Fatkhiyah 3 1 Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknologi Industri, IST AKPRIND Yogyakarta 2 Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Sains Terapan, IST AKPRIND Yogyakarta 3 Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, IST AKPRIND Yogyakarta * 1 cindriparwati@yahoo.com, 2 hadiprasetyosuseno@yahoo.com, 3 erfunthyie@yahoo.co.id ABSTRAK Makalah ini membahas tentang sistem informasi data logger pemantauan tingkat konsentrasi gas ammonia. Gas ammonia adalah salah satu bahan beracun yang terkandung dalam limbah, khususnya yang dihasilkan dari industri pupuk, kulit, dan sebagainya. Senyawa ini mampu merusak sel hewan terutama dari klasis mamalia termasuk manusia. Timbulnya bau ammonia yang menyengat di udara dikarenakan adanya ammonia bebas yang terlepas ke udara. Jadi sangat berbahaya adanya ammonia bebas di udara yang dapat menyebabkan iritasi pada mata, rongga hidung, tenggorokan, dan saluran nafas atas. Tujuan penelitian ini adalah merancang suatu sistem data logger tingkat konsentrasi gas ammonia secara digital dan berbasis sistem database, sehingga data pengukuran tersimpan secara digital. Data pengukuran yang tersimpan akan digunakan sebagai pengambil keputusan terhadap akumulasi tingginya konsentrasi gas ammonia yang terjadi sehingga ancaman bahaya kebocoran gas dapat diketahui secara dini. Berdasarkan hasil pengukuran dan pengujian sistem diperoleh hasil dari alat serta sensor menunjukkan unjuk kerja sistem yang baik, sistem dapat menampilkan tingkat konsentrasi gas ammonia serta grafik perubahannya pada durasi waktu tertentu, data-data yang terkumpul akan terintegrasi dengan perangkat lunak, sehingga dapat dijadikan sebagai informasi peringatan dini. Hasil informasi tertampil di PC dalam format teks yang berupa nilai hasil pemantauan konsentrasi gas ammonia. Kata kunci: data logger, konsentrasi gas ammonia, sistem informasi, PENDAHULUAN Limbah gas ammonia dari industri kulit yang terlepas ke udara memerlukan penanganan dini untuk mencegahnya. Penanganan limbah yang dihasilkan suatu industri harus diperhatikan dengan serius, sehingga usaha tersebut tidak hanya menjadi proses produksi yang menguntungkan tetapi juga usaha yang mengedepankan kesehatan lingkungan. Untuk tetap menjaga lingkungan pabrik dari polusi gas ammonia, pemantauan lingkungan pabrik harus selalu dilakukan dengan mengikusertakan seluruh pekerja, juga diminta untuk melaporkan jika terjadi suatu masalah yang diakibatkan oleh polusi bau gas ammonia tersebut. Ini tentu akan mengganggu kinerja para pekerja, dan proses pemantauanpun tidak akan dapat berjalan dengan efisien. Maka dari itu perlu dilakukan suatu penanganan khusus dan pemberian solusi guna mencegah dampak negatif yang dapat ditimbulkan oleh gas ammonia pada suatu industri. Permasalahan utama pada penelitian ini adalah bagaimana mengubah suatu sistem analog ke dalam sistem digital dan mentransfernya menjadi suatu database pada komputer yang digunakan untuk mengetahui tingkat konsentrasi gas ammonia di area yang berbahaya pada industri kulit. Rumusan permasalahan yang ada yaitu bagaimana rancangan sistem dan stasiun pemantauan tingkat konsentrasi gas ammonia (telemetri) yang terbaik terhadap parameter-parameter gejala kebocoran gas yang mampu menjamin kompatibilitas dan interoperabilitas. Tujuan penelitian ini adalah untuk merancang dan membuat sistem informasi pemantauan tingkat konsentrasi gas ammonia di daerah area berbahaya secara digital yang dapat dijadikan petunjuk 137

2 kebocoran gas ammonia yang terjadi setiap waktu. Data pemantauan yang dihasilkan secara otomatis dari sensor dapat disimpan dan ditampilkan melalui komputer untuk diolah secara lebih lanjut sebagai bahan perencanaan dan pertimbangan untuk dilakukan konservasi lebih lanjut. Ammonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH 3. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau ammonia). Walaupun ammonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, ammonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan ammonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm, atau 8 jam untuk 25 ppm. Kontak dengan gas ammonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun ammonia diatur sebagai gas tak mudah terbakar, ammonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup, dan pengangkutan ammonia berjumlah lebih besar dari galon (13,248 L) harus disertai surat izin. ( Sebuah data logger (perekam data) adalah perangkat elektronik yang mencatat data dari waktu ke waktu atau dalam kaitannya dengan lokasi baik dengan built in alat atau sensor atau melalui instrumen eksternal dan sensor. Tetapi tidak semua data logger didasarkan pada prosesor digital (atau komputer). Pada umumnya berbentuk kecil dan bertenaga baterai portabel serta dilengkapi dengan mikroprosesor, memori internal untuk penyimpanan data, dan sensor. Beberapa data logger dapat berantarmuka dengan komputer pribadi, dan menggunakan perangkat lunak untuk mengaktifkan data logger dalam menganalisa ataupun penampilan visual data yang dikumpulkan. Data logger pada umumnya bervariasi antara jenis pemakaian dalam berbagai aplikasi pengukuran perangkat yang sangat spesifik maupun mengukur dalam satu lingkungan atau satu jenis aplikasi pengukuran saja. Data logger umumnya digunakan untuk jenis pemrograman, namun banyak pula data hanya memiliki jumlah terbatas atau tidak ada parameter pengukuran. Data logger elektronik telah menggantikan grafik perekam dalam banyak aplikasi. Salah satu manfaat utama menggunakan data logger adalah kemampuan otomatis mengumpulkan data selama 24 jam. Setelah aktivasi, data logger biasanya digunakan dan ditinggalkan untuk mengukur dan mencatat informasi selama periode pemantauan. Hal ini memungkinkan untuk, gambaran yang akurat yang komprehensif dari kondisi lingkungan yang dipantau, seperti suhu udara dan kelembaban relatif. ( Menurut Dong Hyun Yun ( 1997) dalam penelitiannya merekayasa dan studi tentang sensor gas ammonia dengan sensitivitas tinggi menggunakan teknologi ketebalan-film. Materi penginderaan yang digunakan berupa sensor gas oksida semikonduktor FeOx-WO3-SnO2. Sensor menunjukkan peningkatan resistensi setelah terpapar konsentrasi rendah dari gas ammonia. Hambatan dari sensor mengalami penurunan, di sisi lain, terjadi pengurangan eksposur gas seperti etil alkohol, metana, propana dan karbon monoksida. Penelitian ini menggunakan metode baru untuk mendeteksi gas ammonia secara selektif menggunakan sensor array dengan dua elemen penginderaan yang berisi sebuah sensor gas ammonia dan elemen yang kompensasi. Elemen kompensasi merupakan gas sensor Pt-doped WO 3 -SnO 2 menunjukkan arah yang berlawanan dari perubahan resistensi dibandingkan dengan sensor gas ammonia setelah terpapar gas ammonia. Selektivitas yang sangat baik telah dicapai menggunakan sensor array dengan dua elemen penginderaan. Menurut Goulao, V., (2011) dalam penelitiannya sistem data logger baru untuk pemantau parameter proses sistem pendingin industri. Pembuatan suatu prototipe yang dibangun dan diuji memenuhi syarat dan fungsi yang diharapkan untuk sistem, dan memungkinkan akses data lokal dan remote. Antara lain, memonitor dan menjaga parameter pada kualitas energi listrik, tekanan minyak dan gas, suhu minyak dan gas, suhu di luar, dan parameter lainnya mengenai pengoperasian yang benar dan efisiensi sistem pendinginan. Sebuah gelombang permukaan akustik (SAW: surface acoustic wave) merupakan sensor gas yang dilapisi dengan poli-n-vinilpirolidon (PNVP) film untuk memantau ammonia konsentrasi rendah telah dikembangkan. Dengan miniaturisasi Chip SAW dan proses kerja polimer sebagai bahan penginderaan, sensitivitas sensor gas SAW dapat ditingkatkan. Suatu konfigurasi dual-perangkat diaplikasikan untuk membangun sensor gas SAW untuk menghilangkan penyimpangan deteksi dari lingkungan seperti suhu dan kelembaban. Frekuensi pergeseran dari sensor SAW diukur untuk memantau keberadaan konsentrasi ammonia yang berbeda. Sensor gas SAW disajikan keterulangan yang baik dan respon terhadap deteksi konsentrasi ammonia yang rendah, meskipun ammonia di bawah 10 ppm. Sensitivitas sensor SAW PNVP-berlapis mendeteksi gas ammonia sebesar 6.91 Hz / ppm, dan pergeseran frekuensi sensor SAW untuk memantau 8 ppm ammonia sebesar 27,5 Hz. (Lin, T.H., 2011). 138

3 Telemetri, pelacakan, dan subsistem kontrol biasanya diterapkan untuk memperoleh data dari ukur jarak jauh, dan informasi yang digunakan untuk mengontrol target jarak jauh secara tepat. Sesuai tujuan telemetering dan aplikasi telemetri, komposisi subsistem telemetri sangat bervariasi. Selain itu, arsitektur frame data telemetri dan skema pengolahan yang berbeda sesuai dengan karakteristik sumber sinyal jarak jauh. Format data telemetri dan skema pengolahan data dipelajari dalam penelitian ini, serta program pengolahan data yang telah diterapkan. Pengguna dihubungkan telemetri program pengolah data grafis yang diterapkan untuk memproses data, yang berpedoman pada uji terbang roket muka-ke-udara, dan itu menunjukkan cara mudah memperoleh informasi dan menganalisis data dari target jarak jauh bergerak cepat. (In Jong Kim., 2013). METODE PENELITIAN Pada dasarnya sistem pemantauan dan penyimpanan data tingkat konsentrasi gas ammonia mempunyai konfigurasi penyusun seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Seperti yang terlihat pada Gambar 1, pengendali utama merupakan jantung sistem yang menerima serta mengolah data secara cepat dan berurutan dari semua perangkat dan akan mengirimkan data secara cepat menuju perangkat yang lain sebagai wujud pengendalian baik terbuka maupun tertutup. Gambar 1. Blok Diagram Pemantau Tingkat Konsentrasi Gas Ammonia Adapun perancangan alat pemantau konsentrasi gas ammonia memiliki spesifikasi rancangan adalah sebagai berikut: a) Menggunakan sensor jenis MQ137, sensor ini berfungsi untuk mendeteksi adanya gas ammonia dari luar lalu mengirimkan data dalam bentuk analog ke mikrokontroler ATMega16 untuk diubah ke dalam bentuk digital oleh ADC. Dalam rangkaian sensor MQ137 ini menggunakan tegangan masukan sebesar 5 volt, setelah sensor mendeteksi adanya gas ammonia maka akan diproses oleh sensor dan akan dihasilkan keluaran (Vout) yang masuk ke mikrokontroler ATMega16. Sensor dapat mendeteksi gas ammonia dengan nilai kepekatan antara 5-500ppm. b) Menggunakan penampil LCD 16x2. c) Menggunakan pengendali berbasis mikrokontroler ATMega16. d) Menggunakan 3 buah tombol operasi: Up-Down-Enter. e) Kapasitas memori penyimpanan 256 Kbyte. f) Interval penyimpanan data minimal 1 menit dan maksimal 24 jam yang bisa diatur sesuai keinginan, semakin cepat interval waktu yang dipilih maka semakin cepat pula memori penyimpan data akan terisi penuh dan sebaliknya. g) Menggunakan piranti RTC ( Real Time Clock) yang akurat dengan catu daya ganda, sehingga informasi waktu akan selalu terjaga. h) Mampu berkomunikasi serial tak sinkron RS-232 dengan baudrate bps dengan format 8n1. i) Menggunakan metode powersave, sehingga akan lebih menghemat daya agar lifetime baterai lebih lama. j) Menggunakan catu daya baterai DC 3 volt jenis AA. 139

4 HASIL DAN PEMBAHASAN Fungsi dari alat pemantau ini yaitu mengukur tingkat konsentrasi gas ammonia di daerah berbahaya menggunakan sensor gas jenis MQ137, kemudian menyimpan nilainya berdasarkan interval waktu tertentu pada memori. Data-data hasil pengukuran dapat dipindahkan menuju komputer induk menggunakan komunikasi serial pada komputer. Gambar 2 dan 3 adalah realisasi karya rancangan alat pemantau. Gambar 2. Alat Pemantau Tampak Samping Atas dan Bawah a) b) Gambar 3. Alat Pemantau a) Tampak Atas dan b) Tampak Semua Pembahasan Hasil Pengujian Catu Daya Catu daya merupakan bagian yang vital dalam sistem ini, sistem ini tidak akan bekerja dengan baik jika pada bagian ini terjadi kerusakan atau kesalahan. Pengujian catu daya pada sistem ini berupa tegangan masukan dari sumber adaptor sebesar 12 volt DC masuk ke dalam regulator kemudian menghasilkan keluaran 5 volt DC yang digunakan sebagai sumber tegangan mikrokontroler, Rs pada sensor gas, tegangan 4,8 volt untuk sumber tegangan heater pada sensor. Peran catu daya sangatlah penting sehingga perlu dilakukan pengukuran agar tidak terjadi tegangan yang berlebihan terhadap sistem. Setelah dilakukan pengukuran tegangan yang terukur masih dalam toleransi baik sehingga masih aman digunakan untuk sistem. Pada Tabel 1, nampak hasil pengukuran tegangan pada masing-masing bagian. Tabel 1. Hasil Pengukuran Tegangan pada Masing-Masing Bagian Bagian Tegangan saat belum Tegangan saat terbebani (volt) terbebani (volt) Catu daya mikrokontroler Catu daya sensor ammonia (Rs) Catu daya sensor ammonia (Heater) Pembahasan Pengujian Ammonia Terhadap Keluaran Sensor Gas Dalam tahap ini dilakukan pengujian sensor sebanyak empat kali dengan diberi kadar ammonia dalam satuan ppm ( part per million) yang berbeda-beda yaitu sebesar 0 ppm, 10 ppm, 40ppm, dan 200 ppm. Kemudian diukur berapa tegangan keluaran yang dihasilkan oleh sensor dan terdapat pula tampilan yang menunjukkan besar tegangan keluaran dari ADC dalam satuan bit. Pada Tabel 2, nampak hasil pengukuran keluaran sensor dan ADC terhadap gas ammonia. 140

5 Purwokerto, 28 November 2015, ISBN Tabel 2. Hasil Pengukuran Keluaran Sensor dan ADC Terhadap Gas Ammonia PPM Voltage (mv) ADC (bit) Delta PPM Delta ADC Bit per PPM Dari data Tabel 2. diatas dapat dibuat grafik perbandingan antara besar keluaran ADC (bit) yang terukur dengan besar kadar ammonia (ppm) yang diberikan. Pada Gambar 4, nampak grafik perbandingan keluaran ADC terhadap gas ammonia. Gambar 4. Grafik Perbandingan Keluaran ADC Terhadap Gas Ammonia Kemudian hasil pengukuran n keluaran ADC tersebut dibandingkan dengan hasil perhitungan, dimana dari kedua hasil data pengukuran yaitu besar kadar ammonia (ppm) dan tegangan keluaran sensor (mv) dapat dihitung nilai ADC-nya,, seperti nampak pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Perhitungan Keluaran ADC (Analog to Digital Converter) No PPM Uji Coba Vout Terukur (mv) Nilai ADC Terhitung (resolusi ADC = 4.69 mv) Dari kedua data nilai ADC antara yang terukur dengan terhitung terdapat selisih atau perbedaan, dimana saat percobaan dengan sampel pertama yaitu saat diberikan gas ammonia sebesar 0ppm hasil keluaran ADC terukur adalah sebesar sar 351 bit sedangkan hasil keluaran ADC terhitung sebesar 358 bit. Selisih atau perbedaan hasil tersebut disebabkan oleh beberapa error, error tersebut antara lain error output ADC sebesar ±2 bit, error pembulatan konversi dari ADC ke volt, dan terakhir bisa saja terjadi karena terjadi error pada alat ukur yang digunakan dalam pengukuran. Pengujian (test point) Vout sensor terhadap kadar gas ammonia yang diberikan juga dilakukan dengan osiloskop digital, dimana hasil pengujiannya nampak pada Tabel 4.. Tabel 4. Hasil Pengukuran Keluaran Sensor Dengan Osiloskop Digital AMMONIA (ppm) Vout Terukur dengan Osiloskop (volt)

6 Purwokerto, 28 November 2015, ISBN Dari Tabel 4. dapat dibuat sebuah grafik untuk melihat perbandingan gas ammonia (ppm) dengan keluaran sensor (volt) yang diukur dengan osiloskop yang nampak pada Gambar 5. Gambar 5. Grafik Perbandingan Ammonia (ppm) Dengan Keluaran (volt) Penyajian Data Informasi hasil monitoring oleh unit pemantau ditransmisikan menuju komputer dengan memanfaatkan komunikasi serial tak sinkron RS-232, yang kemudian divisulisasikan pada GUI (Graphical User Interface) di komputer seperti nampak pada Gambar 6. Gambar 6. Tampilan Utama Monitoring Tingkat Konsentrasi Gas Ammonia KESIMPULAN Dalam perancangan dan pembuatan sistem informasi data logger pemantauan tingkat konsentrasi gas ammonia pada industri kulit yang sudah dilakukan ini diperoleh beberapa kesimpulan yang bisa digunakan sebagai pertimbangan pengembangannya ke depan, yaitu antara lain: a) Telah dapat dihasilkan suatu alat pendeteksi konsentrasi gas ammonia dengan menggunakan sensor gas MQ137 yang dapat mengirimkan informasi data-data hasil pemantauan dari waktu ke waktu terhadap kondisi konsentrasi gas yang diamati. b) Dari hasil kalibrasi sensor gas MQ137 terlihat besar kadar gas amonia (ppm) berbanding lurus dengan tegangan keluaran ( Vout) yang dihasilkan, jadi semakin besar kadar gas amonia yang terdeteksi oleh sensor maka tegangan keluaran yang dihasilkan akan semakin besar pula. c) Selisih atau perbedaan keluaran ADC antara yang terukur dan yang terhitung disebabkan karena beberapa error, antara lain error output ADC ± 2 bit, error pembulatan konversi dari ADC ke volt, dan error yang terdapat pada alat ukur yang digunakan. d) Data hasil pengukuran bisa digunakan untuk peringatan dini kepada masyarakat akan kecenderungan terjadinya kebocoran gas ammonia. e) Data-data hasil pengukuran konsentrasi gas ammonia yang sudah diperoleh sebelumnya dapat digunakan untuk menggambarkan pola perubahan tingkat konsentrasi, sehingga bisa dilakukan 142

7 prediksi dan perencanaan di waktu mendatang dalam rangka optimalisasi dan mengantisipasi adanya korban dari ancaman bencana kebocoran gas. f) Dengan disertai pemakaian memori dalam pengoperasiannya bisa dibuat sebuah data logger yang bisa mencatat data otomatis pada durasi tertentu kemudian data-data tersebut bisa diambil secara jarak jauh menggunakan sistem telemetri untuk diolah pada komputer induk. DAFTAR PUSTAKA Anonimus. Ammonia. Diakses: 2 April 2013, jam Anonimus. Data Logger. Diakses: 2 April 2013, jam Dong Hyun Yun., (1997), Highly Sensitive And Selective Ammonia Gas Sensor, Solid State Sensors and Actuators IEEE, vol: 2, pp: Goulao, V., (2011), A New Monitoring And Data Logger System For Industrial Cooling Equipment Applications, EUROCON IEEE, pp: 1 3 In Jong Kim., (2013), Development Of Telemetry Data Processing Program, ICT Convergence IEEE, pp: Lin, T.H. (2011), Surface Acoustic Wave Gas S ensor For Monitoring Low Concentration Ammonia, Solid-State Sensors IEEE, pp: