SENTRA IV-87
RANCANG BANGUN TELEMONITORING PENCEMARAN
UDARA
Tito Yuwono
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta
Kontak Person: Tito Yuwono Jalan Kaliurang KM 14
Yogyakarta 55584
Telp: 0274-895287, Fax: 0274-895007, E-mail:tito@uii.ac.id
Abstrak
Permukiman sehat merupakan faktor yang sangat penting untuk kesehatan masyarakat. Kriteria permukiman sehat telah dirumuskan pada Kepmenkes No 829/Menkes/SK/VIII/1999. Di antara kriteria tersebut adalah kriteria berbasis lokasi, kualitas udara, kualitas air, kebisingan dan kualitas tanah. Berdasarkan kualitas udara, permukiman yang sehat tidak diperkenankan terdapat gas beracun bebas yang melebihi ambang batas yang dipersyaratkan kesehatan, seperti H2S, NH3, HS2, dan gas CO. Pada paper ini akan didiskusikan hasil penelitian terkait dengan desain telemonitoring kualitas udara. Adapun yang menjadi fokus adalah monitoring Karbon Monoksida dan Oksida Nitrogen yang dihasilkan emisi kendaran bermotor. Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah TGS 2442 dan TGS 2106. Sebagai piranti transmisinya adalah menggunakan teknologi Zigbee. Dari hasil pengujian, peralatan bekerja dengan baik. Adapun akurasi peralatan 95% untuk pengukuran Karbon monoksida serta 88% untuk pengukuran Oksida Nitrogen. Kinerja transmisi mencapai 2,1 KM.
Kata kunci: Pencemaran Udara, CO, NOx, Telemonitoring
Pendahuluan
Kesehatan masyarakat sangat dipengaruhi oleh permukiman yang sehat. Kriteria permukiman yang sehat telah dirumuskan oleh Menteri Kesehatan RI melalui Kepmenkes tahun 1999. Beberapa parameter kriteria permukiman sehat adalah berbasis lokasi, kualitas udara, kualitas air, kebisingan dan kualitas tanah. Diantara sayarat baku mutu untuk kualitas lingkungan terkait dengan kualitas uadara adalah : Gas H2S dan NH3 secara biologis tidak terdeteksi, Gas SO2 maksimum 0,10 ppm, Debu maksimum 350 mm3 /m2 per hari, Suhu udara nyaman antara 18 – 30o C, Kelembaban udara 40 – 70 %, Gas SO2 kurang dari 0,10 ppm/24 jam, dan Gas CO kurang dari 100 ppm/8 jam[1].
Selain hal tersebut Gas NOx juga merupakan parameter yang penting. Paru-paru yang terkontaminasi oleh gas NOx akan membengkak sehingga penderita sulit bernafas yang dapat mengakibatkan kematian[2].
Pada paper ini akan dibahas terkait dengan desain telemonitring polusi udara, khususnya untuk Gas CO dan NOx. Beberapa penelitian sejenis monitoring kualitas udara telah dilakukan. Di antaranya adalah monitoring Gas CO berbasis GSM. Pada penelitian ini rangkaian elektronik diintegrasikan dengan modem GSM pada kendaraan, informasi terkait gas CO yang dihasilkan oleh kendaraan terkirim ke pihak berwajib[3]. Teknologi yang sama juga telah digunakan untuk mengirimkan data gas elpiji[4][5]. Penelitian lain adalah monitoring Gas beracun bawah tanah di area pertambangan[6]. Penelitian lain menggunakan teknologi yang berbeda untuk memonitor polusi udara. Teknologi yang digunakan adalah menggunakan Wireless Sensor Network[7]. Penelitian lain adalah monitoring gas berbahaya berbasis jaringan yang terdistribusi pada perkotaan[8]. Survey teknologi WSN untuk monitoring polusi udara telah dilakukan oleh Roseline et al[9].
IV-88 SENTRA
Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental laboratorium dan metode eksperimental di lapangan. Metode eksperimental laboratorium meliputi desain untai elektronik dan pembuatan untai elektronik serta pengujian bagian demi bagian. Metode pengujian di lapangan meliputi pengujian kinerja transmisi data informasi polusi udara.
Gambar 1 menunjukkan blok diagram peralatan monitoring polusi udara.
Gambar 1 Blok diagram telemonitoring Gas CO dan NOx
Sensor Gas TGS 2442 dan TGS 2106 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya gas CO (Carbon Monoksida) dan gas NOx (Oksida Nitrogen). Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs yang akan berubah jika terkena gas perubahannya tergantung dari besar konsentrasi gas yang dideteksi, kedua sensor tersebut akan digabungkan untuk mengetahui pencemaran udara. Bentuk sensor gas ditunjukan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2. Sensor TGS 2442[10] Gambar 3 Sensor TGS 2106[11]
Struktur dari sensor terdapat pada Gambar 4 dan 5. Sensor Gas
CO
Sensor Gas NOx
penguat
penguat
Mikrokontroler Zigbee transmiter
Zigbee repeater Zigbee
SENTRA IV-89
Gambar 4 Struktur TGS 2442 [10] Gambar 5 Struktur TGS 2106 [11]
Nilai Rs dalam sensor TGS 2442 akan semakin meningkat seiring dengan banyaknya gas yang terdeteksi sehingga tegangan yang dihasilkan oleh sensor ini akan berbanding lurus dengan nilai Rs, sedangkan pada sensor TGS 2106 nilai Rs akan semakin menurun seiring dengan banyaknya gas yang terdeteksi sehingga tegangan berbanding terbalik dengan nilai Rs. Untuk mencari nilai Rs digunakan rumus[10][11]:
Untuk sensor TGS 2442,
RL
Vout
RL
Vc
Rs
(1)dan untuk sensor TGS 2106,
RL
Vout
Vout
Vc
Rs
(2)Dimana : Rs adalah Resistansi sensor (Ω) Vc adalah Catu daya (V) Vout adalah Tegangan output (V) RL adalah Resistansi output (Ω)
J7 TGS2442
1 2
3
4
R21
10K R23
300
VCC
Q2 2N2907
3
2
1
DATA CO
VCC
PULSE DATA CO
R20
300
PULSE HEATER CO
Q3 2N2222
3
2
1
6V 6V
J5 TGS2106
1
2
3
4
Vout NO
R11 100K
Gambar 6 Rangkaian sensor gas TGS 2442 Gambar 7 Rangkaian sensor gas TGS 2106
IV-90 SENTRA
Gambar 8 Rangkaian penguat
Setelah isyarat diproses oleh rangkaian penguat, kemudian diteruskan ke ADC. ADC yang digunakan adalah ADC internal dalam mikrokontroler. Rangkaian sistem minimum selengkapnya ditunjukan pada Gambar 9.
MI SO
Gambar 9 Rangkaiansistem minimum
Pada penelitian ini, piranti yang digunakan untruk transmisi adalah dengan mengunakan Teknologi Zigbee. Adapun produk yang digunakan adalah XbeePro. Keluaran Sistem minimum menjadi masukan Zigbee. Zig bee yang digunakan sebanyak 3 buah, yakni sebagai transmitter, repeater, dan receiver. Gambar 10 menunjukkan hasil desain untai transmisi.
SENTRA IV-91
Gambar 11 Antarmuka telemonitoring pencemaran udara
Hasil Penelitian dan Pembahasan
Pengujian dilakkan dengan mendekatkan peralatan dengan knalpot sepeda motor dan disel. Pengukuran dilakukan dengan dua instrumen, instrumen hasil produk penelitian dan instrumen gas analizer. Tabel 1 dan Tabel 2 menunjukkan kinerja peralatan dari sisi akurasi dan jarak transmisi.
Tabel 1 Hasil pengujian
No Hasil Desain Gas Analizer
CO(PPM) N0x
(PPM)
CO(PPM) NOx(PPM)
1 8,7 1,6 10 2
2 7,7 0,7 8,7 0,6
3 6,9 0,9 7,1 1,1
4 4,7 0,7 5,3 0,8
5 9,7 0,6 10 0,8
6 8,9 0,9 9,4 1,5
7 5,9 0,8 6,1 1,3
8 7,2 0,6 7,2 0,9
9 10,1 1,4 10,2 1,9
10 9,4 1,5 9,8 2
Tabel 2 Hasil pengujian kinerja jangkauan
No Jarak (m) Transmisi
1 10 Berhasil
2 50 Berhasil
3 100 Berhasil
4 200 Berhasil
5 300 Berhasil
6 500 Berhasil
7 700 Berhasil
8 900 Berhasil
9 1100 Berhasil
10 1500 Berhasil
11 1700 Berhasil
12 2000 Berhasil
13 2100 Berhasil
IV-92 SENTRA
Tingkat akurasi peralatan dibandingkan dengan produk industri adalah 95% untuk pengukuran CO dan 88% untuk pengukuran NOx. Adapun kemampuan transmisi adalah 2,1 km dengan menggunakan 2 repeater.
Kesimpulan
Desain telemonitoring pencemaran udara, khususnya Gas CO dan Nox telah dijelaskan di atas. Beberapa elemen penyusunnya adalah sensor TGS 2442 dan Sensor TGS 2106, penguat, mikrokontroler serta Zigbee sebagai piranti transmisi. Dari hasil pengujian, peralatan bekerja dengan baik. Adapun akurasi peralatan 95% untuk pengukuran Karbon monoksida serta 88% untuk pengukuran Oksida Nitrogen. Kinerja transmisi mencapai 2,1 KM.
Referensi
[1] Menkes, 2009. Kepmenkes No 829/Menkes/SK/VII/1999
[2] Wardhana A.W. Dampak Pencemaran Lingkungan. Yogyakarta:Andi offset.2001
[3] Patil S, Singh J. Monitoring and Controlling of Hazardous Gases inside Vehicle and Alerting Using GSM Technology. International Journal Ijarcsse.2015; 5(1).
[4] Ramya V, Palaniappan B. Embedded system for Hazardous Gas detection and Alerting. International Journal of Distributed and Parallel Systems (IJDPS) . 2012;3(3)
[5] Padmapriya S. Design and Implementation of Wireless Gas Sensing Network for Preventing Industrial Calamity. International Journal of Advanced Research in Electronics, Communication & Instrumentation Engineering and Development. 2014;1(2)
[6] Kumar A et al. Application of Gas Monitoring Sensors in underground Coal Mines and Hazardour Areas. International Journal of Computer Technology and Electronics Engineering (IJCTEE). 2013;3(3).
[7] Gokulram K, Dhakshinamoorthy T. Intelligent Polluting Monitoring Using Wireless Sensor Network. International Journal of Research in Engineering and Technology. 2014;3(1).
[8] Abbaspour M, Mansouri N. City hazardous gas monitoring network. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2015; 18(1) 481–487.
[9] Roseline R.A, Devapriya M, Sumathi P. Pollution Monitoring using Sensors and Wireless Sensor Networks : A Survey. International Journal IJAIM. 2007;2(7)
