Kontrol Pemurnian Udara menggunakan Ionizer Berbasis … · dengan mengikatkan ion-ion negatif...

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS

Kontrol Pemurnian Udara menggunakan Ionizer Berbasis

Mikrokontroler

Muhammad Rivai Henny Utami Ferry Ardika Natanael

Jurusan Teknik Elektro – Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus ITS, Keputih, Sukolilo – Surabaya 60111

Abstrak

Udara merupakan salah satu komponen utama penyokong kehidupan. Metabolisme dalam tubuh manusia tidak akan terjadi tanpa peran oksigen dari udara. Selain oksigen, dalam udara juga terkandung karbon monoksida, karbon dioksida, formaldehid, spora jamur, virus, dan zat mikroskopik lainnya. Zat-zat tersebut jika berada dalam ambang batas masih dapat dinetralisir oleh tubuh. Lain halnya bila kandungan zat-zat tersebut sudah berada di luar ambang batas, maka proses netralisasi akan terganggu. Meningkatnya kadar zat-zat tersebut salah satunya disebabkan oleh aktifitas manusia. [1]

Kadar debu dan karbon monoksida yang belum stabil dalam ruangan dapat dinetralisir dengan mengikatkan ion-ion negatif dalam molekulnya. Ion-ion negatif dapat dihasilkan dari ionizer yang disusun oleh sejumlah dioda dan kapasitor. Ionizer ini secara umum bekerja statis. Artinya, jumlah ion yang dihasilkan tetap meskipun kadar debu sudah berkurang atau meningkat. Dampaknya, ozon yang terbentuk akibat ionisasi, kadarnya juga meningkat dan dalam kondisi yang pekat, ozon juga berbahaya bagi tubuh.

Kata Kunci : ionizer, kualitas udara, kontroler PID

1. PENDAHULUAN

Udara merupakan salah satu komponen utama penyokong kehidupan. Metabolisme dalam tubuh manusia tidak akan terjadi tanpa peran oksigen dalam udara. Selain oksigen, dalam udara juga terkandung karbon monoksida, karbon dioksida, spora amur, virus, dan partikel mikroskopik lainnya. Zat-zat tersebut bila berada dalam ambang batas masih dapat dinetralisir oleh tubuh. Lain halnya, bila kandungan zat-zat tersebut berada di luar ambang batas, maka proses netralisasi akan terganggu. Meningkatnya kadar zat-zat tersebut salah satunya diakibatkan oleh aktifitas manusia.[2]

Beberapa gangguan dan penyakit

pernafasan diakibatkan oleh virus dan partikel mikroskopik dalam udara. Tidak hanya pada udara di luar ruangan, namun juga udara dalam ruangan. Interaksi dan aktifitas manusia dalam ruangan juga mengambil peran dalam penyebaran virus dan partikel ini. Virus dan debu yang menjadi penyebab gangguan pernafasan merupakan ion positif dalam udara. Memurnikan udara yang penuh dengan ion positif dapat dilakukan dengan mengikatkan ion negatif sehingga dapat berikatan dan menambah massa partikel. Akibatnya, debu dapat turun ke bawah dan tidak terhirup.[2]

Kadar debu dan karbon monoksida yang belum stabil dalam ruangan dapat dinetralisir dengan mengikatkan ion-ion negatif pada molekulnya. Ion-ion negatif dapat dihasilkan dari ionizer yang disusun oleh sejumlah dioda dan kapasitor. Ionizer secara umum bekerja statis. Artinya, jumlah ion yang dihasilkan tetap meskipun kadar debu sudah berkurang atau meningkat. Dampaknya, ozon yang terbentuk akibat ionisasi kadarnya juga meningkat dan dalam kondisi yang pekat, ozon berbahaya bagi tubuh.[2]

2. TEORI PENUNJANG

2.1 Fotodioda Fotodioda dalam perancangan ini akan

dikombinasikan dengan sumber cahaya berupa superbright dan digunakan sebagai detektor asap. Fotodioda pada dasarnya merupakan sambungan p-n yang bekerja dibawah kondisi reverse bias. Saat sebuah sinyal optik diterima oleh fotodioda, daerah deplesi berfungsi untuk memisahkan pasangan elektron dan hole, dan arus listrik akan mengalir dalam internal circuit. Pada operasi frekuensi tinggi, daerah deplesi harus terjaga tetap tipis untuk mengurangi waktu transit. [15]

Bahan yang umum digunakan untuk membuat fotodioda bergantung dari sifat-sifat bahan tersebut, karena hanya foton yang mempunyai energi cukup yang mampu mengeksitasi elektron melewati bandgap material akan menghasilkan arus fotonik. Bahan yang


umum digunakan untuk membuat fotodioda antara lain:

Material Rentang panjang gelombang

spectrum elektromagnetik (nm)

Silikon 190-1100 Germanium 400-1700 Indium gallium arsenid

800-2600

Lead (II) sulfide <1000-3500 Tabel 2.1 Material penyusun fotodioda

Asap yang memasuki ruangan tersebut

menyebabkan pantulan cahaya dari partikel-partikel asap dan mengenai fotodioda. Keadaan seperti ini menyebabkan resistansi fotodioda turun. Sebaliknya, bila asap sudah turun maka resistansi fotodioda akan naik.

Gambar 2.1 Fotodioda

Gambar 2.2 Simbol Fotodioda

2.2 Flyback Transformer Flyback Transformer juga disebut sebagai

Line Output Transformer (LOPT) adalah sebuah tansformator khusus yang digunakan untuk menghasilkan tegangan tinggi. Transformator ini dibuat untuk mengatur gerakan horizontal elektron pada tabung sinar katoda. Seperti pada umumnya transformator step-up, flyback menerima tegangan masukkan yang kecil dan mengubahnya menjadi tegangan yang tinggi, pada konteks ini juga pada frekuensi yang tinggi, bahkan lebih tinggi dari gerakan mendatar elektron. [4]

Flyback Transformer digunakan pada operasi tabung sinar katoda pada perangakat elektronik seperti televisi atau monitor komputer. Tegangan dan frekuensi yang dihasilkan dapat mencapai jangkauan yang lebar. Seperti pada tabung sinar katoda televisi berwarna, membutuhkan 20-50 KV dengan horizontal scan rate sebesar 15.374 kHz. Tidak seperti transformator daya yang menggunakan arus AC dengan frekuensi 50-60 Hz, flyback transformer

menggunakan arus pada frekunsi yang lebih tinggi mencapai 15-50 kHz. [4]

Gambar 2.3 Flyback Transformer

2.4 Mikrokontroler

Mikrokontroler (Gambar 2.4) adalah sebuah chip yang didalamnya telah terdapat mikroprosesor, I/O pendukung, memmori bahkan ADC (Analog to Digital Converter). Miniatur dimensi semakin ditingkatkan dengan kemampuan untuk aplikasi disegala bidang. [11]

Gambar 2.4 Mikrokontroler Beberapa mikrokontroler terbaru juga

sudah dilengkapi dengan DSP (Digital Signal Processor) atau mikrokontroler yang tergolong RSIC (Reduced instruction set of Computing). Mikrokontroler tidak dapat dioperasikan apabila tidak dilengkapi dengan software didalamnya. Inilah yang membedakan mikroprosesor dengan rangkaian digital diskrit, serta pada mikrokontroler dapat diprogram dan diprogram ulang. Sebagai contoh aplikasi lampu lalu lintas, saat terjadi perubahan sistem maka harus dilakukan modifikasi terhadap rangkaiannya. Akan tetapi apabila menggunakan mikrokontroler bisa dilakukan dengan hanya merubah program yang tertanam didalam mikrokontroler tersebut.[11]


2.4.1 Mikrokontroler AVR ATmega 16 Gambar 2.5, Mikrokontroler AVR (Alf

and Vegard’s Risc Processor) merupakan pengontrol utama standar industri dan riset saat ini. Hal ini disebabkan berbagai kelebihan yang dimilikinya dibandingkan dangan mikroprosesor yang lain dengan biaya terjangkau. Dengan didukung software dan dokumentasi yang memadai dan membutuhkan komponen pendukung yang relatif lebih sedikit.[6]

Gambar 2.5 Mikrokontroler ATmega 16 Mikrokontroler atau mikroprosesor adalah

suatu piranti yang digunakan untuk mengolah data biner, yang didalamnya merupakan gabungan dari rangkaian – rangkaian elektronik yang dikemas dalam bentuk chip. Pada umumnya, mikrokontroler terdiri dari bagian – bagian berikut : Alamat (address), Data, Pengendali, Memori (RAM atau ROM) dan Pin input/output.

Gambar 2.6 Input – Output ATmega16

Fitur – fitur yang dimiliki oleh ATmega16

adalah sebagai berikut (Gambar 2.6) : • Mikrokontroler AVR 8 bit yang memiliki

kemampuan tinggi dengan daya rendah. • Arsitektur RISC dengan throughput

mencapai 16 MIPS pada arsitektur 16 MHz • Memiliki kapasitas Flash memory 16 Kbyte,

EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 Kbyte • Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A,

port B, port C, dan port D • CPU ayng terdiri dari 32 buah register • Unit interupsi internal dan eksternal.

• Port USART untuk komunikasi serial dengan computer.

• Fitur peripheral : - Tiga buah macam timer/Counter dengan

kemampuan pembandingan - Real time Counter denga Oscillator

tersendiri - 4 channel PWM - 8 channel, 10 – bit ADC - Byte oriented two – wire serial interface - Programmable serial USART - Antarmuka SPI - Watchdog timer dengan oscillator

internal - On – chip analog comparator

Konfigurasi ganda Pin ATmega16 pada Tabel 2.2, Tabel 2.3, Tabel 2.4:

Table 2.2 Konfigurasi pin pada Port B

• Port B PIN Fungsi Khusus

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock) PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave

Output) PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave

input) PB4 SS (SPI Slave Select Input) PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative

Input) OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interrupt 2 Input)

PB1 T1 (Timer/Counter1 External Cunter Input)

PB0 T0 T1 (Timer/Counter0 External Cunter input) XCK (USART External Clock Input/Output)

Table 2.3 Konfigurasi pin pada Port C

• Port C

PIN Fungsi Khusus PC7 TOSC2 (Timer Oscillator pin2) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator pin1) PC5 TDI (JTAG Test Data In) PC4 TDO (JTAG Test Data Out) PC3 TMS (JTAG Test Mode Select) PC2 TCK (JTAG Test Clock) PC1 SDA (Two – Wire Serial Bus Data

Input Output Line) PC0 SCL (Two – Wire Serial Bus Clock

Line)

Table 2.4 Konfigurasi pin pada Port D • Port D

PIN Fungsi Khusus


PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output)

PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)

PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)

PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input) PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD1 TXD (USART Output Pin) PD0 RXD (USART Input Pin)

2.5 Kontroler Proportional, Integral,

Derrivative (PID) PID adalah sebuah akronim dari

proportional, integral, dan derivative. Kontroler PID yang terdiri dari elemen proportional, integral, dan derivative digunakan secara luas dalam kontrol umpan balik dalam proses industri. Kontroler ini mencakup elemen dengan tiga fungsi tersebut. Akronim pada PID digunakan sebagai level elemen. Proporsional elemen merujuk pada huruf “P”, integral pada huruf “I”, dan derivatif pada huruf “D”. Kontroler PID digunakan pertama kali pada tahun 1939 dan menjadi kontroler yang digunakan secara luas pada proses kontrol hingga saat ini. [5]

Kontrol PID adalah metode kontrol umpan balik yang menggunakan kontroler PID sebagai piranti utama. Struktur dasar dari sistem kontrol umpan balik konvensional ditunjukkan oleh gambar di bawah ini, dcngan menggunakan diagram blok.

Gambar 2.9 Diagram blok PID

Pada gambar di atas, yang dimaksud dengan “process” adalah objek yang akan dikontrol. Tujuan dari proses kontrol adalah membuat variable proses ‘y’ mengikuti harga set point ’r ’. Untuk mencapai tujuan ini, variable ‘u’ dirubah pada perintah kontroler. [14]

Merupakan tipe pengendalian gabungan Proportinal Integral dan Proportional Derivative sebagai mana terlihat pada gambar 5.3, dimana respon yang didapatkan cepat tercapainya stabilitas dengan proportional derivative dan offset dapat dihilangkan dengan proportional integral.

Penambahan komponen derivative membuat setting time (waktu mencapai keadaan steady state) controller menjadi cepat. Secara matematis kontroler PID dapat dirumuskan sebagai berikut :

MV = K {e + 1/Ti � �� + Td de/dt }+b Kontroler PID mempunyai karakteristik

respon yang cepat dan kemampuan untuk menghilangkan offset, sehingga jenis kontroler sangat cocok mengatur proses yang membutuhkan energi storage besar dan membutuhkan dead time serta time delay relatif kecil.

Kelemahan kontroller PID tidak bisa digunakan untuk mengendalikan semua proses variabel. Untuk mengendalikan proses variabel yang mengandung banyak noise apabila menggunakan kontroler PID sistem akan menjadi unstable dikarenakan unsur D pada kontroler tersebut.

Dari semua tipe pengendali yang telah dibahas di atas terdapat beberapa hal penting yang perlu dingat adalah : 1. PB yang kecil akan membuat pengendali

menjadi sensitif dan cenderung membawa loop berosilasi, sedangakan untuk PB besar akan meninggalkan offset yang besar juga.

2. Ti yang kecil bermanfaat untuk menghilangkan offset, tetapi dapat membawa sistem menjadi lebih sensitif dan lebih mudah berosilasi, sedangkan Ti yang besar belum tentu efektif dan juga cenderung membuat respon menjadi lambat.

3. Td yang besar akan menjadikan respon cenderung cepat, sedangkan Td yang kurang memberikan nilai ekstra disaat-saat awal.

Perbandingan respon kontroler P, PD, PI dan PID ditampilkan pada gambar kurva reaksi berikut ini.

Gambar 2.10 Kurva reaksi dari kontroler

P, PI, PD, dan PID

2.6 Operational Amplifier Operational amplifier merupakan penguat

dengan penguatan sangat tinggi, memiliki impedansi masukkan yang sangat tinggi, mendekati


megaohm dan mempunyai impedansi output yang rendah di bawah 100 ohm. Rangkaian dasar merupakan sebuah differential amplifier dengan dua masukkan yang terdiri dari masukkan positif dan masukkan negatif sekaligus mempunyai satu keluaran. Masukkan positif menghasilkan keluaran yang sefasa dengan sinyal yang diberikan, sedangkan bila sinyal diberikan pada masukkan negatif maka akan menghasilkan keluaran yang polaritasnya berlawanan dengan sinyal masukkan. Op-amp ideal memiliki impedansi yang sangat tinggi, mendekati tak hingga, impedansi keluaran nol, dan penguatan tegangan yang tak berhingga.[16]

Gambar 2.17 Operational Amplifier

3. PERANCANGAN ALAT

3.1 Diagram Blok dan Fungsi Sistem Sistem kontrol yang dirancang berfungsi

untuk mengatur pemurnian udara dalam ruangan tertutup. Ruang tertutup yang dimaksud dikondisikan dalam keadaan tercemar polutan yaitu asap. Ionozer sebagai aktuator akan menghasilkan ion-ion negatif untuk mengikat partikel asap sehingga udara dalam ruangan tertutup tersebut kembali bersih. Ionizer diharapkan bekerja secara adaptif sesuai dengan kadar asap yang terdeteksi. Semakin pekat asap yang terdapat dalam ruangan tertutup, maka ionizer akan menghasilkan ion negatif yang lebih banyak. Demikian juga bila kadar asap yang terdeteksi dalam ruangan tertutup tidak begitu pekat, maka ionizer menghasilkan ion negatif yang lebih sedikit. Secara umum, cara kerja tersebut direpresentasikan dengan gambar diagram blok di bawah ini.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Kontrol

Masukkan pada diagram blok di atas merupakan tegangan keluaran dari sensor asap yang terpasang pada ruang pengujian. Tegangan ini akan diolah pada rangkaian PID analog. Data ini diolah berdasarkan set point yang telah ditetapkan. Hasil pengolahan pada rangkaian ini akan masuk pada ADC untuk diolah di mikrokontroler. Berdasarkan data hasil pengolahan ini, aktifitas ionizer diatur sehingga dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan. 3.2 Perancangan Mekanik Alat Pendeteksi

Asap Pada perancangan mekanik, dirancang

sebuah ruangan simulasi yang bisa diaplikasikan terkait teori yang telah ada. Seperti membuat desain aliran udara yang mengandung asap. Pembuatan mekanik ini juga mengambil beberapa referensi agar tercipta sebuah mekanik yang dapat mendukung proses pendeteksian. Serta beberapa teori penunjang seperti sifat dari udara dan posisi permukaan sensor, sehingga dapat didesain mekanik yang baik. Ruangan ini dibuat dari akrilik berwarna putih agar asap dapat diamati secara kasat mata.

Gambar 3.2 Mekanik Ruang Asap (tampak depan)

Gambar 3.3 Mekanik Ruang Asap (tampak

samping)


Gambar 3.4 Mekanik Ruang uji (tampak depan) 3.3 Perancangan Perangkat Elektronik

Pada perancangan elektronik, perancangan lebih di khususkan sebagai unit kontroler. Sebagaimana :

• Rangkaian power supply : digunakan sebagai sumber seluruh alat tersebut.

• Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega16 : dimana digunakan sebagai proses ADC, pengiriman dua arah dengan PC secara serial dan sebagai pen-display hasil.

• Dan rangkaian sensor asap menggunakan operational-amplifier, superbright, dan fotodioda..

Serta diharapkan dari rangkaian - rangkaian

tersebut dapat diperoleh hasil yang diinginkan dengan keadaan yang stabil dan berjalan dengan baik.

3.3.1 Perancangan Rangkaian Power Supply

Power supply disini digunakan sebagai sumber tegangan utama yang dibuat untuk memenuhi kebutuhan dari operasi mikrokontroler dan yang lain. Pada perancangan power supply dibuat dengan tegangan output -5, +5, -9, +9, -12, dan +12 volt (Gambar 3.2).

Gambar 3.5 Rangkaian Power Supply

Proses konversi AC to DC berawal dari penggunaan transformator step down yang menurunkan tegangan AC 220 volt menjadi AC 12 volt sebagaimana kebutuhan yang diinginkan. Kemudian melewati sebuah diode bridge sebagai penyearah tegangan kemudian di-filter menggunakan kapasitor 1000uF/25volt. Kemudian masing – masing tegangan melewati regulator tegangan.

3.3.2 Perancangan Minimum Sistem Mikrokontroler ATmega16

Minimum system mikrokontroler ATmega16 (Gambar 3.3) digunakan sebagai kontroler utama. Mikrokontroler ini banyak sekali fungsinya. Akan tetapi untuk aplikasi alat ini, hanya digunakan sebagai input – output. input berasal dari tegangan yang dihasilkan oleh sensor asap dan dimasukkan ke dalam pin ADC. Kemudian hasil ADC tersebut digunakan sevagai acuan untuk mengaktifkan ionizer. I/O lain yang digunakan sebagai display LCD.

Gambar 3.6 Minimum sistem ATmega16

Penggunaan masing – masing port I/O mikrokontroler ATmega16 dalam sistem ini adalah sebagai berikut : a. Port.A.0 hingga A.2 : sebagai ADC dari

keluaran sensor asap b. Port B.0 hingga B.7 : sebagai output, yakni

LCD display Kecepatan proses yang dilakukan oleh

mikrokontroler ditentukan oleh sumber clock yang mengendalikan mikrokontroler tersebut. Untuk menentukan frekuensi osilatornya cukup dengan cara menghubungkan kristal pada pin 13 (XTAL 1) dan pin 12 (XTAL 2) serta dua buah kapasitor ke ground. Besarnya kapasitansi, disesuaikan dengan spesifikasi pada lembar data ATmega16 yaitu 22pF. Kristal yang digunakan adalah 8 MHz.

Reset pada mikrokontroler merupakan masukkan aktif High ‘1’ Pulsa transisi dari rendah ‘0’ ke tinggi ‘1’ akan mereset mikrokontroler menuju alamat 0000H.


Rangkaian reset bertujuan agar mikrokontroler dapat menjalankan proses dari awal. Rangkaian reset untuk mikrokontroler dirancang agar mempunyai kemampuan power on reset, yaitu reset yang terjadi pada saat sistem dinyalakan untuk pertama kalinya. Reset juga dapat dilakukan secara manual dengan menekan tombol reset yang berupa switch push button.

3.3.3 Perancangan Rangkaian

Sensor asap Sensor asap ditempatkan pada sebuah

kotak sensor yang seminimalis mungkin. Dan dibuat dengan kedap udara, hanya berasal pada 1 pintu masuk dan 1 pintu keluar.

Gambar 3.7 Rangkaian sensor asap Sehingga harus didesain sebuah board

yang sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Dengan melengkapi beberapa komponen pendukung seperti resistor fix dan variabel sebagai pembagi tegangan, sebagaiman pada Gambar 3.7 Rangkaian sensor ini terdiri dari buffer atau voltage follower yang berfungsi agar tegangan keluaran dari fotodioda tidak goyang. Tegangan keluaran dari buffer ini menjadi masukkan untuk amplifier untuk menguatkan tegangan. Penguatan yang dipilih adalah penguatan sebesar 100 kali. Amplifier yang dipilih adalah inverting input amplifier. Catu daya yang digunakan untuk operational amplifier OP07 adalah sebesar 12 volt DC.

4. PENGUJIAN ALAT DAN PENGAMBILAN

DATA

4.1 Pengujian Rangkaian Sensor Rangkaian sensor yang digunakan adalah

sepasang inframerah dan fotodioda. Pasangan sensor optik ini berfungsi sebagai transmitter dan receiver. Inframerah memancarkan gelombang inframerah yang terdispersi oleh asap dalam ruangan uji. Pantulan gelombang ini akan ditangkap oleh sebuah fotodioda yang terpasang

sejajar berhadapan dengan inframerah. Karakteristik dari fotodioda adalah resistansinya turun saat intensitas gelombang yang ditangkap turun dan akan naik jika intensitas gelombang yang ditangkapnya tinggi. Keluaran dari pasangan sensor optik ini akan diolah di rangkaian instrument amplifier yang meliputi rangkaian buffer dan penguat. Rangkaian buffer digunakan dengan tujuan sinyal data yang didapat tidak goyang atau pembacaannya stabil. Sedangkan rangkaian penguat menggunakan inverting amplifier dengan nilai penguatan sebesar 100 kali.

Pengujian sensor dilakukan dengan cara memberikan tegangan masukkan sebesar 5 volt DC. Selanjutnya, tegangan keluaran dari fotodioda diumpankan ke rangakaian instrument amplifier. Sensor ini diletakkan pada kedua ujung dari ruang uji secara sejajar. Tegangan awal saat ruang uji tidak diberi asap dikondisikan pada level 2,3 volt dengan mengatur resistor variabel pada rangkaian instrument amplifier.

Tabel 4.1 Pengujian dengan durasi pengasapan selama 11 detik





Mekanisme khusus diberikan untuk

mengambil data tegangan pada sensor. Kondisi yang ditentukan adalah tegangan keluaran awal sensor dikondisikan pada level tegangan yang paling mendekati nilai 2,3 volt. Ini dilakukan agar memudahkan pembacaan dan interpretasi karakteristik sensor yang digunakan. Maksudnya adalah saat ruang uji dipenuhi oleh asap, sensor dapat memberikan representasi tegangan yang konsisten saat perilaku ini diulangi. Begitu juga saat asap sudah dinetralisir atau dibuang keluar ruang uji. Dalam kondisi tersebut diharapkan peluruhan asap juga dapat direpresentasikan dengan penurunan nilai tegangan.

Kelemahan dalam rangkaian sensor ini adalah pembacaan tegangan yang terkadang masih tidak stabil. Artinya bahwa saat ruang uji dipenuhi asap, nilai tegangan tidak berada pada nilai yang konstan. Oleh karena itu, pengambilan data dilakukan dengan mengambil nilai rata-rata saat sensor menangkap adanya asap.

Waktu yang diberikan untuk memasukkan asap adalah bervariasi antara 11 detik, 15 detik, 19 detik, dan 25 detik. Pengamatan data teganga. Dari pengamatan yang dilakukan akan dilakukan perbandingan laju peluruhan asap dengan dua

kondisi yaitu, peluruhan asap tanpa ionizer dan dengan ionizer.

Pengujian selanjutnya dengan menggunakan ionizer dari flyback transformer. Flyback ini aktif bila sensor mendeteksi adanya polutan dalam ruang uji. Ionizer bekerja secara kontinyu hingga polutan dalam ruang uji telah dimurnikan. Namun, setelah dilakukan beberapa pengujian, data sensor setelah udara dimurnikan tidak kembali sempurna saat kondisi ruang uji masih berisi udara murni. Keadaan akhir setelah proses pemurnian selesai mendekati keadaan awal saat udara belum tercemar. Dengan ini menunjukkan bahwa proses pemurnian telah berjalan meskipun belum sempurna.

Pengujian lain dengan menggunakan sensor array equalizer untuk mendapatkan respon sensor tiap sampling time. Pada pengujian ini sampling time yang digunakan adalah 0,1 detik. Setiap 0,1 detik yang termonitor akan menampilkan pergerakan level tegangan keluaran dari sensor. Durasi pengasapan yang dilakukan pada pengujian ini adalah selama 11 detik. Proses ini dilakukan untuk menunjukkan bukti bahwa memang respon sensor akan bergerak turun saat asap mulai terdeteksi dan kembali bergerak menuju set point saat udara mulai dimurnikan. Data setiap sampling time ditunjukkan pada lima tabel berturut-turut di bawah ini. Tabel 4.5 menunjukkan bahwa level tegangan sensor pada sampling time antar detik ke-nol sampai detik ke 1,9 berada di bawah set point yang ditetapkan sebesar 2,3 volt. Tegangan keluaran yang terekam berada pada level 1,4 hingga 1,5 volt. Terdapat fluktuasi nilai pada pengujian tersebut namun tetap stabil pada range yang sama.

Tabel 4.5 Respon sensor fotodioda dalam rentang 0 - 1,9 detik

Proses ionisasi yang dilakukan membuat

tegangan keluaran sensor bergerak naik secara ekstrem dan fluktuatif. Proses ionisasi ini memang terjadi dengan cepat karena besarnya medan listrik pada ujung elektroda. Medan listrik yang besar ini juga menyebabkan terjadinya spike atau lonjakan tegangan yang tinggi pada sensor seperti yang tertera pada tabel 4.6. Representasi ini dapat


diamati dengan lebih jelas pada gambar 4.1. Selain tegangan keluaran pada grafik tersebut juga tampak jelas bahwa durasi ionisasi yang terjadi adalah dalam rentang waktu selama 3 detik terhitung sejak detik 2,6 hingga 5,6. Selanjutnya, level tegangan berada dalam keadaan stabil pada titik 2 volt sesuai dengan set point yang diharapkan. Keadaan stabil ini dapat diamati pada tabel 4.7, tabel 4.8, tabel 4.9, dan tabel 4.10.




Tabel 4.10 Respon sensor fotodioda dalam rentang

8 - 10 detik

Gambar 4.1 Grafik respon sensor fotodioda

5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Kadar asap dapat dimonitor dengan sensor sederhana menggunakan infra merah sebagai transmitter dan fotodioda sebagai receiver. Ambang batas tegangan yang menunjukkan terjadinya pencemaran adalah dibawah 2,3 volt. Sedangkan nilai ambang yang sama atau di atas 2,3 volt merepresentasikan bahwa udara sudah bersih.

2. Kontroler yang digunakan berupa kontroler proportional yang mengatur lamanya ionizer bekerja. Lama peluruhan asap tanpa menggunakkan ionizer dan kontroler adalah selama 43 menit dalam ruang uji. Dengan menggunakkan ionizer dan kontroler peluruhan dapat dipercepat hingga 600 kali lebih cepat dengan rata-rata waktu peluruhan 4 detik.

3. Waktu rata-rata yang diperlukan untuk meluruhkan asap dengan durasi pengasapan selama 11 detik adalah 3,242 detik. Waktu rata-rata yang diperlukan untuk meluruhkan asap dengan durasi

0

1

2

3

4

5

0

1.2

2.4

3.6

4.8 6

7.2

8.4

9.6

Series1


pengasapan selama 15 detik adalah 4,225 detik. Waktu rata-rata yang diperlukan untuk meluruhkan asap dengan durasi pengasapan selama 19 detik adalah 4,185 detik. Waktu rata-rata yang diperlukan untuk meluruhkan asap dengan durasi pengasapan selama 25 detik adalah 4,851 detik.

5.2 Saran

- Sensor yang digunakan dapat ditambahkan jumlahnya agar dapat diambil data yang lebih akurat.

- Untuk menghilangkan bau asap setelah ionisasi, dapat ditambahkan sensor TGS untuk mendeteksi aroma dan pengharum ruangan yang disemprotkan sebagai aktuatornya.

- Kepadatan asap dalam ruangan dapat diukur densitasnya dengan kadar part per million (ppm) agar dapat menjadi acuan untuk kontroler yang digunakan.

- Rangkaian driver untuk flyback transformer dapat dikembangkan lebih lanjut agar dapat dikontrol lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Fitria, Laila.2008.”Kualitas udara dalam

ruang perpustakaan “x” ditinjau dari kualitas

biologi, fisik, dan kimiawi”. Fakultas Kesehatan

Masyarakat Universitas Indonesia. Indonesia.

[2] www.depkes.go.id/downloads/udara.PDF

[3] http://id.wikipedia.org/wiki/Atmosfer

[4] Astro, Karl Johan.2002. “Control System

Design”. Department of Mechanical and

Environment Engineering, University of California,

Santa Barbara.

[5] Andrianto, Heri.2008.”Pemrograman

Mikrokontrolerr AVR Atmega 16 Menggunakan

Bahasa C (codevision AVR)”.Bandung : informatika.

[6] Boylestad, Robert, 2006, Electronic Devices and Circuit Theory, Prentice Hall, USA

[7] Hill,M urray, 1985, Semiconductor Devices Physics and Technology, John Wiley & Sons, US

[8] Mang, Sthepen A.2009. “Measurement of

Ozone Emission and Particle Removal Rates

from Portable Air Purifier”. Department of

Chemistry, University of California.

[9] Zheng, Xiaohong.2004. “Experimental

Investigation of Integrated Air Purifying

Technology for Bioaerosol Removal and

Inactivation in Central Air-Conditioning System

”. Institute of Refrigeration and Cyrogenics,

Shanghai Jiao Tong University, Shanghai,

China.

[10] …, 2003, ATMEGA 16 , <URL:http://www.atmel.com/ >, p 1 [11] H.Barnett Richard, Cox Sarah,O’Cull

Larry, 2006, Embedded C Programming And The Atmel AVR, Cengage Learning.

[12] Winoto Ardi, 2008, Mikrokontroller AVR AT Mega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR, Informatika, Bandung.

[13] Ogata, Katsuhiko,1991, Teknik Kontrol Automatik – terjemahan: Ir. Edi Laksono, Erlangga, Jakarta,

[14]..., 2008, Datasheet_LCD, <URL:http://www.digi-ware.com>

[15] …,2009,PID controller,<URL:http://en.wikipedia.org>

[16] …,2010,Oksigen,<URL:http://en.wikipedia.org>

[17] …,2010,Karbondioksida,<URL:http://en.wikipedia.org>

[18] …,2010,Ozon,<URL:http://en.wikipedia.org> [19] …,2010,Ion,<URL:http://en.wikipedia.org> [20] …,2009,Flyback

Transformer,<URL:http://en.wikipedia.org>

RIWAYAT PENULIS

Ferry Ardika

Natanael dilahirkan di Blitar, 18 Desember 1987. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara pasangan Bapak Bambang Edi Susetyo dan Ibu Tri Tjahyarini. Penulis memulai pendidikannya di SDN Pakis VIII/375 Surabaya. Selanjutnya menempuh

pendidikan lanjut tingkat pertama di SLTPN 1 Blitar. Pendidikan menengah atas penulis dilanjutkan di SMA Negeri 1 Blitar. Pada tahun 2005, penulis diterima di jurusan Biologi Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Tahun berikutnya, penulis memutuskan untuk pindah jurusan dengan kembali mengikuti SPMB dan diterima di jurusan Teknik Elektro di institusi perguruan tinggi yang sama. Selain aktif sebagai asisten praktikum, penulis juga aktif di Tim Robot ITS sejak tahun 2006 hingga 2011. Penulis juga mempunyai pengalaman organisasi dan pelatihan manejerial hingga tingkat menengah.

Kontrol Pemurnian Udara menggunakan Ionizer Berbasis … · dengan mengikatkan ion-ion negatif...

Documents

Transcript of Kontrol Pemurnian Udara menggunakan Ionizer Berbasis … · dengan mengikatkan ion-ion negatif...