RANCANG BANGUN PENDETEKSI DAN PENANGGULANGAN KEBOCORAN GAS LPG BERBASIS MIKROKONTROLER

(Perangkat Lunak)

Mokhamad Firmansyah1, Indhana sudiharto, ST. MT.2, Endro Wahjono, S.ST.2

Mahasiswa Teknik Elektro Industri1, Dosen Teknik Elektro Industri2

Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya, Indonesia

Telp : 62+031+5947280; Fax. 62+031+5946011 Email : power8897@yahoo.com

Abstrak Saat ini banyak orang yang memakai kompor gas LPG (Liquefied Petroleum Gas) karena pengaruh dari program pemerintah mengkonversi dari minyak tanah ke gas LPG sebagai bahan bakar kompor yang digunakan. Meskipun kompor gas LPG memiliki kelebihan lebih praktis penggunaannya dari kompor minyak tanah, tetapi masih memiliki kekurangan yaitu bahaya yang ditimbulkannya jika terjadi kebocoran gas. Bahaya tersebut dapat menimbulkan ledakan bahkan kebakaran yang membahayakan penggunanya. Dari bahaya tersebut maka diperlukan pendeteksi kebocoran serta tanda peringatan adanya kebocoran dan dilengkapi penanganannya. Untuk mendapatkan sistem yang dapat bekerja secara otomatis, maka diperlukan mikrokontroler sebagai pengontrol. Sistem dirancang menggunakan sensor gas LPG yang berfungsi mendeteksi kebocoran gas pada peralatan kompor gas. Selain itu sistem yang dirancang dilengkapi LCD sebagai informasi konsentrasi gas bocor yang dideteksi sensor. Waktu yang dibutuhkan katup untuk menutup setelah adanya kebocoran gas pada regulator rata-rata 0,42 detik. Bila kebocoran terjadi pada ujung selang dekat kompor membutuhkan waktu rata-rata 1,76 detik dan bila kebocoran terjadi pada ujung selang dekat regulator membutuhkan waktu rata-rata 2,33 detik. Kata kunci : mikrokontroler, LCD.

Abstract

At the time there are many people use LPG (Liquefied Petroleum Gas) because influence of government program convert petroleum to LPG gas as fuel in their solve. Although LPG stove is have advantage simple to use than petroleum stove, but it is still have disadvantage dangerous if there are gas leak. Their dangerous can make exploded and burned. As their danger, so need a detector gas leak, warning signal if there are leak and exceed the gas leak. To get a system that can be automatic operation, so need microcontroller as controller. System will use LPG gas sensor that useable to detect gas leak on gas stove equipment and stopping gas flow from tube to stove. Beside that, a system use LCD as display of information gas concentration leakage that detected by sensor. Times is needed by valve to close after gas leakage at regulator are 0,42 second. If there are gas leakage at end of pipe near stove it will need 1,76 second and if there are gas leakage at end of pipe near LPG regulator it will need 2,33 second. Key words : microcontroller, LCD. 1. Pendahuluan Untuk dapat mengurangi bahaya akibat kebocoran gas masyarakat perlu mengetahui tanda-tanda kebocoran seperti, tercium bau gas menyengat, dan terdapat bunyi mendesis pada saluran gas. Selain itu juga harus mengambil tindakan pencegahan terjadinya ledakan dan kebakaran sedini mungkin. Tindakan tersebut dapat dilakukan dengan segera mungkin melepas regulator dan membawa tabung keluar ruangan dan di tempat terbuka, segera buka pintu dan jendela agar gas dapat keluar dari ruangan dengan cepat. serta tidak menyalakan

api selama bau gas masih ada pada ruangan. Namun, kebocoran gas tidak selalu diketahui orang dengan cepat dan segera mengambil tindakan pencegahan ledakan dan kebakaran. Dalam tugas akhir Era Harara 2006 menjelaskan bahwa ketika kebocoran gas LPG terdeteksi oleh sensor gas kemudian buzzer berbunyi dan katup pada mulut tabung gas akan menutup serta sebagai kontroler menggunakan FPGA (Field Programmable Gate Arrays). Dari sumber tersebut gas masih tetap di dalam ruangan yang tidak bisa keluar ruangan dengan cepat. Dengan permasalahan tersebut, kami menambahkan dan

memperbaiki sistem yang dapat mendeteksi dan menanggulangi kebocoran gas LPG dengan segera menutup katup pada mulut tabung, menghidupkan exhaust fan dengan on/off controller, memberi tanda bahaya dengan mengaktifkan buzzer dan lampu indikator serta menampilkan pengukuran konsentrasi gas bocor yang dideteksi oleh tiga sensor gas pada LCD dimana seluruh sistem diatur oleh mikrokontroler ATmega16. 2. Dasar Teori 2.1 Gas LPG Liquefied Petroleum Gas (LPG) merupakan gas hasil produksi dari kilang minyak (Kilang BBM) dan Kilang gas, yang komponen utama adalah gas propana (C3H8) dan butana(C4H10) lebih kurang 99 % dan selebihnya adalah zat pembau. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2.01 (dibandingkan dengan udara).

Perbandingan komposisi, propana (C3H8) : butana (C4H10) = 30 : 70.

Zat mercaptan biasa ditambahkan kepada LPG untuk memberikan bau yang khas, sehingga kebocoran gas dapat dideteksi dengan cepat.

2.2 Mikrokontroler ATmega16 ATmega16 merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. Keluarga AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.

Gambar 1. Konfigurasi pin ATmega16 DIP

ATmega16 seperti diperlihatkan pada Gambar 1 memiliki fasilitas sebagai berikut :

1. Kecepatan beroperasi dari 0 Hz hingga 16 MHZ.

2. Memori : a. 16 KBytes Flash, b. 1 KBytes SRAM, c. 512 Bytes EEPROM.

3. Timer/Counter : a. Dua buah 8 bit timer/counter, b. Satu buah 16 bit timer/counter, c. Empat kanal PWM internal.

4. ADC (Analog to Digital Converter) dengan spesifikasi :

a. Delapan kanal yang dapat digunakan secara bergantian,

b. Resolusi mencapai 10 bit, c. Tersedia 2,56 V tegangan

referensi internal. 5. Komparator analog. 6. Programmable serial USART. 7. 32 lines I/O dengan general purpose. 8. 32 register general purpose. 9. Programmable Watchdog Timer dengan

osilator internal. 10. Batas tegangan kerja 4,5V – 5,5V.

3. Perencanaan dan Pembuatan Alat Diagram blok sistem ditunjukkan pada Gambar 2 berikut :

Gambar 2.Diagram blok sistem

Langkah awal program kemudian apakah sistem ini dalam proses kerjanya menyertakan valve atau tidak, jika tidak maka valve akan menutup dari awal. Jika penggunaan valve disertakan pada sistem, maka dapat menutup ketika ada kebocoran dan dalam kondisi membuka saat tidak ada kebocoran. Ketika sensor gas mendeteksi ada kebocoran dari salah satu titik tempat sensor diletakkan, maka program akan memilih sinyal sensor yang mana yang lebih besar konsentrasinya berarti sensor tersebut sebagai petunjuk lokasi terdekat kebocoran. Kemudian hasil pembacaan sensor ditampilkan pada LCD berupa konsentrasi gas dengan satuan ppm (part per million), selain itu valve menutup sehingga aliran gas dari tabung terhenti dan exhaust fan hidup untuk mengeluarkan gas bocor ke luar ruangan serta buzzer dan lampu menyala sebagai indikator. Setelah kondisi gas dinyatakan aman, buzzer dan lampu indikator dapat dimatikan dengan menekan push button sedangkan valve masih dalam kondisi menutup.

Pada proses pendeteksian LPG, nilai resistansi RS pada sensor akan berkurang seiring besar konsentrasi LPG yang terdeteksi. Sensor memerlukan dua tegangan yang sama antara VH (untuk heater) dengan VC (untuk RS) sebesar 5 Volt seperti dilihatkan pada Gambar 3. Cara mengkonversi dari besar tegangan output VRL ke satuan konsentrasi gas ppm (part per million) memerlukan nilai referensi Ro sebesar 3000 Ω serta RL sebesar 3000 Ω.

Gambar 3. Rangkaian sensor LPG TGS2610

Diketahui saat RS/RO = 0,9 dengan konsentrasi 2000 ppm. Perhitungan RS yaitu :

LRL

RLCS R

VVVR ×

−= ...................................... 1

Karena perbandingan RS/RO berbanding terbalik dengan nilai konsentrasi gas maka :

)(1

ppmikonsentrasRR

O

S = .................... 2

Saat RS/RO = 0,9,

ppm200019,0 = ......................................... 3

Perhitungan konversi ke satuan konsentrasi ppm :

Jika, ppm

Ra S

3000= ..................................... 4

Persamaan 1 dimasukkan ke persamaan 4 menjadi,

3000

LRL

RLC RV

VV

a×

−

= ..................................... 5

Berdasarkan persamaan 2 dan 3 maka :

ppmx

a 20009,0= ..................................... 6

Valve akan menutup saat VRL = 0,5 V sebanding dengan 25 dec = 19 hexa,

2,93000

300025

25255

=

−

=

a

xa

ppmx

x

ax

65,1952,9

1800

9,02000

=

=

×=

4. Pengujian dan Analisa Hasil yang didapat dari pengujian sistem secara keseluruhan diperlihatkan pada Tabel 1 untuk kebocoran pada regularor gas yaitu titik dimana biasa terjadi kebocoran antara leher tabung dengan regulator gas. Untuk kebocoran pada ujung selang dekat kompor ditunjukkan pada Tabel 2 dan untuk kebocoran pada selang dekat regulator yaitu daerah penyambungan selang dengan regulator gas ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 1. Kebocoran pada regulator.

No.

Konsentrasi (ppm)

Waktu dibutuhkan valve menutup

setelah kebocoran (detik)

1. 6941 0,3 2. 6700 0,3 3. 6745 0,3 4. 6955 0,3 5. 6255 0,4 6. 3482 0,5 7. 3545 0,5 8. 3306 0,5 9. 3428 0,5 10. 2206 0,6

Tabel 2. Kebocoran pada ujung selang kompor.

No.

Konsentrasi (ppm)

Waktu dibutuhkan valve menutup

setelah kebocoran (detik)

1. 214 3,6 2. 218 2,5 3. 222 1,9 4. 228 1,6 5. 231 1,5 6. 240 1,5 7. 258 1,4 8. 277 1,4 9. 374 1,2 10. 461 1,0

Tabel 3. Kebocoran pada ujung selang regulator.

No.

Konsentrasi (ppm)

Waktu dibutuhkan valve menutup

setelah kebocoran (detik)

1. 490 1,4 2. 385 1,6 3. 375 1,7 4. 340 1,8 5. 256 2,0

6. 249 2,0 7. 222 2,5 8. 214 3,2 9. 210 3,3 10. 204 3,8

Pada Tabel 1 pengujian kebocoran pada regulator, katup menutup membutuhkan waktu rata-rata 0,42 detik, karena titik kebocoran lebih dekat dengan sensor sekitar 2 cm. Kebanyakan kebocoran gas LPG berasal dari kondisi gelang karet yang ada pada leher tabung sudah kendor sehingga gas bisa keluar dari cela diameter gelang karet yang kendor tersebut. Pemilihan titik kebocoran di selang dekat kompor karena kebanyakan selang pada bagian tersebut mengalami penurunan elastisitas karet selang karena tertekuk atau tidak lurus pada pemasangan dengan kompor hasil pengujian terlihat pada Tabel 2. Setelah dilakukan pengujian pada dasarnya untuk mendeteksi kebocoran dipengaruhi dari jarak antara posisi sensor dengan titik kebocoran gas serta kecepatan hembusan gas yang menuju sensor. Terlihat dari masing-masing tabel, waktu yang dibutuhkan katup menutup setelah terjadi kebocoran gas untuk satu titik kebocoran gas yang sama memiliki perbedaan yang cukup signifikan karena jumlah konsentrasi gas yang keluar dari tabung tidak selalu sama. Pada pengukuran konsentrasi gas yang dilakukan kali ini masih mengalami kendala sulit mendapatkan atau meminjam alat kalibrasi di dalam negeri. Pada proses uji pendeteksian kebocoran perlu diperhatikan beberapa hal seperti:

1. Pengujian dilakukan di dalam suatu ruangan dengan kondisi tidak terdapat hembusan angin agar tidak mengganggu kinerja sensor.

2. Sensor dapat bekerja dengan baik setelah di-on-kan selama ± 3 menit untuk mencapai kondisi optimal.

5. Penutup 5.1 Kesimpulan Setelah dilakukan perancangan alat dan pengujian sistem maka dapat diperoleh kesimpulan bahwa :

1. Dengan pemrograman menggunakan Bahasa C, proses logaritma yang rumit pada bahasa assembly dapat diatasi.

2. Untuk proses pendeteksian konsentrasi LPG, sensor TGS2610 memerlukan pemanasan pada heater sensor selama kurang lebih 3 menit pada udara bebas.

3. Hasil pengujian waktu yang dibutuhkan valve untuk menutup setelah kebocoran pada penyambungan regulator dengan tabung rata-rata 0,42 detik, pada ujung selang dekat kompor

rata-rata 1,76 detik, dan pada ujung selang dekat regulator rata-rata 2,33.

4. Semakin besar konsentrasi gas yang bocor, maka semakin cepat valve untuk menutup.

5. Untuk kemudahan pengguna, alat ini dilengkapi buzzer, lampu indikator, dan exhaust fan.

5.2 Saran Dengan memperhatikan beberapa kelemahan dan kekurangan dari proyek akhir ini secara keseluruhan diberikan saran untuk sekiranya proyek akhir ini dapat dikembangkan pada masa yang akan datang agar lebih sempurna dan dapat langsung diaplikasikan ke masyarakat pengguna kompor LPG. Adapun beberapa saran tersebut yaitu:

1. Untuk pengembangan lebih lanjut pada alat ini sebaiknya pengukuran konsentrasi gas LPG dapat dibandingkan dengan alat ukur yang ada agar proyek akhir ini dapat juga sebagai alat ukur konsentrasi LPG.

2. Jika ingin diproduksi masal, biaya produksi satu buah produk alat pendeteksi kebocoran gas ini bisa diminimalkan agar harga jual bisa terjangkau oleh masyarakat.

6. Pustaka Winoto, Ardi, (2008). Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR, 12: p. 157- 166. Seputar Kampus STIKOM Surabaya, [Online], Available : http://www.stikom.edu/ [27 Agustus 2007]. Heryanto, Ary. Adi, Wisnu, (2008). Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATmega8535, 1: p. 1-6. Aptogaz Indonesia, [Online], Available : http://aptogaz.wordpress.com/lpg/about-lpg/ [2 Januari 2009]. ATmega16 Datasheet, [Online], Available : http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_d ocuments/doc2466.pdf [4 Desember 2008].