Alat Pemantau Gas Karbon Monoksida (CO) Dan Nitrogen Dioksida (NO2)

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. MACAM – MACAM GAS BERBAHAYA

Kendaraan bermotor merupakan salah satu sumber pencemaran udara yang

penting di daerah perkotaan. Kondisi emisi kendaraan bermotor sangat

dipengaruhi oleh kandungan bahan bakar dan kondisi pembakaran dalam mesin.

Pada pembakaran sempurna, emisi paling signifikan yang dihasilkan dari

kendaraan bermotor berdasarkan massa adalah gas karbon dioksida (CO2) dan

uap air, namun kondisi ini jarang terjadi. Hampir semua bahan bakar mengandung

polutan dengan kemungkinan pengecualian bahan bakar sel (hidrogen) dan

hidrokarbon ringan seperti metana (CH4). Polutan yang dihasilkan kendaraan

bermotor yang menggunakan BBM antara lain Carbon Monoxida (CO), Hidro

Karbon (HC), Sulfur Dioksida (SO2), Nitrogen Dioksida (NO2), dan partikulat.

(www.udarakota.bappenas.go.id)

1. Nitrogen dioksida (NO2)

Nitrogen dioksida termasuk gas yang berbahaya bagi manusia. Gas NO2

yang berada di udara jika berlebihan merupakan polusi udarayang beracun.

Sumber pencemaran gas NO2 terutama berasal dari pembakaran bahan bakar fosil

(minyak atau batubara), pada mesin-mesin penggerak transportasi maupun

6

industry. Penelitian menunjukan bahwa NO2 empat kali lebih beracun daripada

NO.

(Sumber : http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF )

Nitrogen dioksida dalam kadar yang tinggi mempunyai cirri-ciri berwarna

merah kecoklatan dan beracun. NO2 bersifat racun terutama terhadap paru-paru.

Keracunan gas NO2 yag tinggi dapat menyebabkan gangguan pada system syaraf

yang mengakibatkan kejang-kejang dan apabila keracunan tersebut berlanjut akan

menyebabkan kelumpuhan dan gejala-gejala pembengkakan paru (edma

pulmonari). Percobaan dengan pemakaian NO2 dengan kadar 5 ppm selama 10

menit terhadap manusia mengakibatkan kesulitan dalam bernafas.


Udara yang telah tercemar oleh gas nitrogen dioksida tidak hanya

berbahaya bagi manusia dan hewan saja, tetapi juga berbahaya bagi kehidupan

tanaman. Pengaruh gas NO2 pada tanaman antara lain seperti timbulnya bintik-

bintik pada permukaan daun. Pada konsentrasi yang lebih tinggi gas tersebut dapat

menyebabkan nekrosis atau kerusakan pada jaringan daun. Dalam keadaan yang

seperti ini, daun tidak bisa berfungsi secara sempurna sebagai tempat

terbentuknya karbohidrat melalui prosen fotosintesis, akibatnya tanaman tidak

bias bereproduksi seperti yang diharapkan. Konsentrasi gas NO2 sebanyak 10 ppm

sudah dapat menurunkan kemampuan fotosintesis daun sampai sekitar 60 %.

(http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF )

7

Pencemaran udara oleh gan NO2 juga dapat menyebabkan timbulnya

Peroxy Acetil Nitrates (PAN). PAN ini menyebabkan iritasi pada mata yang

menyebabkan mata menjadi terasa perih dan berair. Campuran PAN bersama

kimia lainnya yang ada diudara dapat menyebabkan kabut foto kimia atau photo

chemistry smog yang sangat mengganggu lingkungan.

Kadar NO2 di udara daerah perkotaan yang berpenduduk padat akan lebih

tinggi dari daerah pedesaan yang berpenduduk sedikit. Hal ini disebabkan karena

berbagai macam kegiatan yang menunjang kehidupan manusia akan menambah

kadar NO2 di udara seperti transportasi, generator pembangkit listrik, mesin

produksi pabrik dan lain sebagainya.

Pencemaran gas NO2 di udara terbesar berasal dari gas buang hajsil

pembakaran yang keluar dari generator pembangkit listrik stasioner atau mesin-

mesin yang menggunakan bahan bakar gas alami.

Pembentukan NO2 merupakan reaksi antara nitrogen dan oksigen di udara

sehingga membentuk NO, yang kemudian bereaksi lebih lanjut dengan lebih

banyak oksigen membentuk NO2. Keberadaan NO2 di udara dapat dipengaruhi

oleh sinar matahari yang mengikuti daur reaksi fotolitik NO2 sebagai berikut :

NO2 + sinar matahari NO + O

O + O2 O3 (ozon)

O3 + NO NO2 + O2

8

2. CARBON MONOKSIDA (CO)

Karbon monoksida (CO) merupakan gas yang tidak memiliki aroma yang

khusus. Senyawa CO dapat bereaksi dengan hemoglobin darah membentuk

karboksi hemoglobin (Hb-CO) yang tidak bisa mengangkut oksigen dalam

sirkulasi darah. Celakanya kemampuan CO dalam mengikat Hb ternyata 210 kali

lebih kuat di bandingkan oksigen, sehingga oksigen akan kalah bersaing.

Seseorang yang teracuni gas CO akan mengalami gejala sakit kepala, gangguan

mental (mental dullness), pusing, lemah, mual, muntah, kehilangan kontrol otot,

diikuti dengan penurunan denyut nadi dan frekuensi pernapasan, pingsan, dan

bahkan meninggal. Kasus pingsan atau bahkan meninggal akan terjadi bila kadar

Hb-CO dalam darah mencapai 60 persen dari total Hb darah atau lebih. Penelitian

menyebutkan, CO dengan konsentrasi 250 ppm dapat membuat orang pingsan.

Bahkan pada konsentrasi 1.000 ppm, dapat menyebabkan kematian seketika.

Adanya gas karbon monoksida adalah emisi gas buang yang timbul dari

akibat pembakaran yang tidak sempurna dalam mesin. Selain gas karbon

monoksida pembakaran tidak sempurna mengeluarkan gas karbon dioksida yang

juga berbahaya bagi lingkungan. Pembakaran tidak sempurna dalam mesin mobil

terjadi karena kondisi mobil yang tidak terawat. Dalam kondisi kurang terawat,

mesin masih bisa berfungsi, tetapi akan mengeluarkan gas beracun, selain itu

mesin yang kurang terawat juga boros bahan bakar. Gas ini merupakan hasil

pembakaran tak sempurna dari gas alami dan material lain yang mengandung

karbon seperti bensin, minyak tanah, pelumas, propana, batubara, dan kayu.

9

Jangan salah, pembakaran dari tungku arang di rumah-rumah juga menghasilkan

gas CO. Namun, sumber yang paling umum berupa residu pembakaran mesin.

Keberadaan gas ini akan sangat berbahaya jika terhirup oleh manusia

karena gas itu akan menggantikan posisi oksigen yang berikatan dengan

haemoglobin dalam darah. Gas CO akan mengalir ke dalam jantung, otak, serta

organ vital lainnya yang seharusnya dialiri oksigen. Ikatan antara CO dan

haemoglobin membentuk karboksihaemoglobin yang jauh lebih kuat 200 kali

dibandingkan dengan ikatan antara oksigen dan haemoglobin. Akibatnya tentu

sangat fatal. Pertama, oksigen akan kalah bersaing de-ngan CO saat berikatan

dengan molekul haemoglobin. Ini berarti kadar oksigen dalam darah akan

berkurang. Padahal seperti diketahui, oksigen sangat diperlukan oleh sel-sel dan

jaringan tubuh untuk melakukan fungsi metabolismenya.

Kedua, gas CO akan menghambat kompleks oksidasi sitokrom. Hal ini

menyebabkan respirasi intraseluler menjadi kurang efektif. Terakhir, CO dapat

berikatan secara langsung dengan sel otot jantung dan tulang. Efek paling serius

adalah terjadi keracunan secara langsung terhadap sel-sel tersebut, juga

menyebabkan gangguan pada sistem saraf.

a. Sifat gas CO

1) Zat tidak berwarna dan tidak berbau

2) Tidak mudah larut dalam air

3) Di dalam udara apabila diberikan api akan terbakar dengan

mengeluarkan asap biru dan menjadi CO2 (carbon dioksida)

10

b. Dampak keracunan CO

Keracunan gas CO dalam jumlah banyak akan membuat kita mengalami

berbagai hal mengerikan hanya dalam hitungan menit. Mulai dari hilang

kesadaran hingga mati lemas. Selain merasakan sesak nafas, hal yang biasa

dialami saat keracunan CO yakni sakit kepala, rasa lelah yang amat sangat,

pusing, serta mual-mual. Sakit dada mendadak juga dapat muncul pada orang

yang menderita angina pectoris (nyeri dada).


Dampak keracunan CO ini dapat semakin memburuk. Penderita akan

meng-alami muntah-muntah, kebingungan, kehilangan kesadaran, serta otot-otot

menjadi lemah. Sebagai gambaran, gas CO pada kadar rendah yang setara dengan

20% tingkat saturasi haemoglobin dalam darah, pertama kali akan

memperlihatkan gejala sakit kepala, pusing, sakit perut, dan mual. Sedangkan

tingkat saturasi haemoglobin sebanyak 20-40% akan menimbulkan gejala

kebingungan dan kelemahan pada otot-otot tubuh. Pada tingkat saturasi

haemoglobin yang mencapai 40-60% akibatnya bisa sangat fatal. Gejala yang

timbul dari mulai hipotensi, koma, kejang-kejang sampai menimbulkan kematian!

Tanda keracunan CO yang mudah terlihat adalah terjadi perubahan warna pada

kulit. Kulit bisa terlihat kemerah-merah-an atau justru terlihat kebiruan (gejala

sianosis) karena sel-selnya kekurangan oksigen.


11

Orang yang mengalami keracunan gas CO dapat mengalami kerusakan

permanen pada bagian tubuh yang memerlukan oksigen cukup banyak seperti otak

dan jantung. Termasuk, saluran reproduksi yang dapat menyebabkan kematian

janin atau menurunkan tingkat fertilitas. Dampak keracunan CO ini sangat

beragam pada tiap orang. Keracunan CO biasanya dapat muncul dengan sangat

cepat tanpa diduga sebelumnya, terutama pada anak-anak, orang tua, orang yang

menderita penyakit paru-paru dan jantung, atau perokok berat.

Dapat juga, keracunan menimpa orang yang tengah berada di tempat

ketinggian, saat kadar oksigen sangat tipis. Racun CO bisa berdampak paling

parah pada janin yang tengah dikandung. Janin dan bayi lebih rentan terkena

keracunan gas CO karena afinitas CO pada haemoglobin janin lebih tinggi

dibandingkan dengan afinitas pada haemoglobin orang dewasa.

Terdapat sejumlah pekerjaan yang memiliki risiko tinggi mengalami

keracunan gas CO. Selama ini kita mengenal bahwa orang-orang yang selalu

berhubungan dengan asap kenalpot kendaraan adalah yang paling berisiko.

Sejumlah profesi di jalanan seperti polisi lalu lintas, tukang parkir, gelandangan,

hingga sopir angkutan umum hampir dipastikan akan selalu menghirup

kandungan CO setiap harinya. Namun, ternyata sejumlah profesi lain yang tak

berhubungan dengan jalanan juga ternyata memiliki risiko yang tak kalah tinggi.

Seperti, para pekerja di ruang boiler, tempat pembuatan bir, bengkel, penyulingan

minyak, pabrik pulp dan kertas, serta pabrik baja. Risiko yang tinggi juga dapat

ditemui pada pekerja pelabuhan, pemadam kebakaran, serta operator mesin diesel.

12

Proses keracunan CO dapat melalui inhalasi secara langsung (CO berupa

gas) serta kontak terhadap mata atau kulit (gas CO yang telah terlarut dalam

cairan). Untuk mengetahui tingkat toksisitas gas CO terhadap tubuh, berbagai

penelitian toksikologi telah dilakukan sejak lama. Penelitian dilakukan pada

hewan maupun manusia.

c. Efek pada hewan

Seperti dijelaskan sebelumnya, gas CO di dalam darah akan berikatan

dengan haemoglobin membentuk karboksihaemoglobin. Hal ini menyebabkan

jumlah kandungan oksigen yang seharusnya didistribusikan ke tiap jaringan tubuh

menurun. Penelitian yang dilakukan National Institute for Occupational Safety

and Health (NIOSH) tahun 1993 mengenai letal konsentasi (LC) 50 pada tikus

adalah 1807 ppm (part per million) selama empat jam. Kadar

karboksihaemoglobin dalam tubuh sebanyak 5% dapat meningkatkan derajat

myocardial ischemia yang berhubungan dengan acute myocardial infraction pada

anjing. Pada kera rhesus dengan tingkat keracunan CO yang sangat parah,

kematian akan muncul sebagai akibat dari rendahnya tekanan darah. Pada hewan

percobaan di laboratorium, keracunan CO terlihat dengan penurunan respon pada

saraf motorik dan perubahan sel saraf tepi. CO diketahui dapat menembus

plasenta dan berdampak langsung pada janin hewan. Janin yang teracuni CO

hingga 150 ppm memiliki berat janin yang lebih rendah dibandingkan dengan

janin normal. Selain itu, pertumbuhannya terganggu berdasarkan hasil pengujian

geotaksis.

13

d. Efek pada manusia

Seperti pada hewan, CO dalam darah manusia juga akan membentuk

ikatan karboksihaemoglobin dan menurunkan kandungan oksigen dalam darah

(hipoksia). Aktivitas respirasi dan sirkulasi yang tinggi di dalam darah dapat

meningkatkan pembentukan karboksihaemoglobin.

Kondisi tersebut dapat ditemui saat temperatur udara meningkat, seperti

saat berada di tempat tinggi, saat berolahraga, dan saat terjangkit anemia. Kondisi

lain yang dapat meningkatkan risiko percepatan pembentukan

karboksihaemoglobin adalah saat orang mengalami obesitas (kegemukan),

hipertiroid, bronkhitis, asma, atau pecandu alkohol. Berdasarkan hasil penelitian

yang dilakukan Gosselin (1984) terhadap bebe-rapa sukarelawan, menunjukkan

hasil yang cukup mencengangkan. Gas CO yang terhirup sebanyak 50 ppm

selama 2 jam akan menghasilkan 27% karboksihaemoglobin.

Normalnya, kadar karboksihaemoglobin sebanyak 0,4- 0,7% akan

terkandung dalam darah orang dewasa. Sedangkan dalam darah seorang perokok

akan terkandung karboksihaemoglobin sebanyak 4-20%. Hal ini menempatkan si

perokok ke dalam jajaran orang yang berisiko tinggi mengalami keracunan CO.

Kemampuan beradaptasi terhadap paparan gas CO telah dilaporkan dalam

beberapa penelitian yang dilakukan The American Conference of Governmental

Industrial Hygienists (1986). Orang yang terpapar CO sebanyak 44 ppm dalam

periode waktu yang cukup lama tidak memperlihatkan efek yang cukup berarti.

14

Baru pada konsentrasi CO sebanyak 50 ppm mulai menimbulkan keluhan seperti

sa-kit kepala, pusing, dan mual-mual.

Menurut The National Institute for Occupational Safety and Health

(NIOSH), batas maksimum kadar karboksihaemoglobin yang masih

diperbolehkan (Recommended Exposure Limit/REL) berada pada kisaran 5%

setelah terpapar CO dengan konsentrasi 35 ppm per 40 mg/m3 udara selama 8

jam. Sedangkan mengenai batasan resmi, The Occupational Safety and Health

Administration (OSHA) menetapkan batas maksimum atau Permissible Exposure

Limit (PEL) gas CO adalah pada konsentrasi 50 ppm per 55 mg/m3 udara selama

8 jam. Batasan-batasan tersebut telah menjadi standar baku yang banyak

digunakan sebagai acuan untuk membentuk sistem manajemen kerja yang aman

dan sehat.

Keracunan gas CO sebenarnya dapat saja dihindari jika kita mengerti dan

mematuhi rambu-rambu yang semestinya diperhatikan. Hal ini berlaku bagi

semua orang yang memiliki risiko tinggi terpapar gas CO dalam jumlah banyak.

Mulai dari pemilik kendaraan bermotor sampai pada pekerja yang hampir setiap

harinya harus bergelut dengan CO. Jika itu dilakukan, niscaya peristiwa

keracunaan CO dapat dikurangi bahkan dihindari. Nyawa pun tak perlu melayang

hanya karena kelengahan kita sendiri.

15

B. TRANDUSER DAN SENSOR

Tranduser adalah alat yang mengubah suatu energi dari suatu bentuk

energy ke bentuk yang lain, yang merupakan elemen penting dalam suatu

pengendalian. Secara umum tranduser dibedakan atas dua prinsip kerja, pertama,

tranduser input dapat dikatakan bahwa tranduser ini akan mengubah energi non

listrik menjadi listrk. Sementara itu yang keduaadalah tranduser output, yang

merupakan kebalikan dari tranduser input dimana dapat mengubah energi listrik

menjadi non listik.

Tranduser banyak diterapkan pada sistem pengukuran dan pengendalian

sebagai komponen sensor, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.1 :

Gambar 2.1 Blok Diagram Prinsip Kerja Tranduser

Berdasarkan kepekaannya dikenal tranduser peka besaran mekanis, optitis,

magnetis, kimiawi dan radiasi. Sedangkan berdasarkan aktivitasnya, dibagi lagi

menjadi tranduser aktif dan tranduser pasif. Tranduser aktif adalah tranduser yang

mampu bekerja tanpa tambahan tenaga dari luar, sedangkan tranduser pasif

adalahsebaliknya yaitu membutuhkan tenaga dari luar tranduser tersebut.

Besaran non listrik

(tekanan, cahaya,

gas,dsb)

Rangkaian

Tranduser

Besaran analog

elektris (Tegangan

dan Arus)

16

Sensor merupakan alat untuk mendeteksi atau mengukur suatu parameter

yang digunakan untuk mengubah variasi mekanos, magnetis, panas, sinar dan

kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor berfungsi untuk menyediakan

informasi umpan balik untuk mengendalikan program dengan cara mendeteksi

keliaran. Sensor itu terdiri dari tranduser dengan atau tanpa penguat atau pengolah

sinyal yag terbentuk dalam sat sistem pengindra. Dalam lingkungan system

pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata,

pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah ole kontroler sebagai

otaknya.

Sensor dibedakan menjadi dua, yaitu sensor pasif dan sensor aktif. Sensor

pasif adalah sensor yang dalam system kerjanya tidak dapat menghasilkan

tegangan sendiri tetapi dapat menghasilkan perubahan nilai resistansi, kapasitansi,

dan induktasi pada lingkungan sekelilingnya. Perubahan ini menyebabkan

perubahan tegangan atau arus yang dihasilkan tranduser. Perubahan inilah yang

dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan yang diukur.

Sensor aktif adalah sensor yang dalam sistem kerjanya tidak memerlukan

catu daya eksternal dalam penggunaannya dan bahkan dapat menghasilkan energy

listri. Jenis sensor diantaranya adalah thermokople, Cell Photovoltaic, dan

sebagainya.

1. Sensor Figaro TGS 2106

Figaro TGS 2106 merupakan sebuah sensor electrochemical yang

mendeteksi gas NO2. Sensor ini mempunyai nilai resistansi yang akan berubah

17

apabila terkena gas. (Figaro Product Information / Datasheet, Figaro

Engineering Inc. Japan)

a. Cara kerja sensor TGS 2106

Pencium utama dari gas detector (pendeteksi gas) ini adalah

sebuah sensor gas TGS 2106 yang didalamnya terdapat kawat pemanas

(heater). Pada heater terdapat elemen semikonduktor yang menyebabkan

dua macam pengaruh. Pengaruh yang pertama akan menaikan aktivitas

molekul dan yang kedua akan menimbulkan adanya konveksi aliran udara.

Bila sensor TGS 2106 yang pada keadaan mula sudah didekati oleh

molekul oksigen atmosfir, kemudian berhubungan dengan gas NO2 maka

molekul gas tersebut akan menempel pada permukaan semikonduktor dan

menyebabkan terjadinya peralihan electron yang berlawanan arah dengan

molekul oksigen.

Gejala ini akan menghasilkan kerapatan electron pada lapisan

ruang muatan semikonduktor dan mempertinggi konduktifitas sensor

sebanding dengan konsentrasi gas. Ukuran konduktifitas sensor adalah

tahanan sensor Rs. Peristiwa ini dapat berlangsung reversible artinya bila

penempelan molekul gas berkurang maka konduktifitas juga akan

menurun.jadi bila gas dinetralisasikan dan diganti dengan udara yang segar

maka tahanan sensor akan kembali ke arg semula. Perbedaan inilah yang

dipakai pedoman “penciuman” bagi Explosive Gas Detector. Perlu diingat

18

bahwa prilaku sensor juga dapat dipengaruhi oleh temperature dan

kelembaban lingkungan.

(Figaro Product Information / Datasheet, Figaro Engineering Inc. Japan)

b. Struktur sensor

TGS sensor mempunyai dua bagian utama. Pertama adalah

material sensor yaitu Tin Oxidae (SnO2) bahan ini dihubungkan dengan

pin nomor 1 dan 2. Kedua adalah pemanas yang dihubungkan dengan pin

3 dan 4. Disini pin 1 adalah output sensor yang dalam aplikasinya

dihubungkan ke op-amp, sedangkan pin 2 dihubungkan ke Vc 6 volt.

Kemudian pin 3 dihubungkan ke tegangan 6 volt juga untuk mengaktifkan

heater, sedangkan pin 4 dihubungkan ke ground. Dibawah ini adalah

gambar dari strukrur sensor TGS 2106 :

c. Spesifikasi sensor

1) Selektifitas yang tinggi terhadap gas NO2 (Diesel).

2) Output sensor berbanding terbalik terhadap konsentrasi gas NO2

3) Tidak terpengaruh dengan berbagai gangguan gas lain.

4) Output sensor berupa tegangan analog.

2. Sensor Figaro TGS 2442

Gas CO dikenal sebagai polutan udara yang berbahaya bagi kesehatan

manusia. Gas ini berbahaya karena tidak berwarna, tidak mempunyai rasa dan

tidak berbau sehingga kehadirannya tidak dapat diketahui tanpa suatu alat deteksi,

dan dalam konsentrasi tertentu dapat menyebabkan kematian.

19

Saat ini perangkat deteksi keberadaan gas CO telah tersedia di pasaran. Detektor

ini umumnya berfungsi sebagai alarm, bukan digunakan untuk mengetahui

konsentrasi gas CO. Pada tugas akhir ini dibuat sistim deteksi gas CO yang

mampu merespon keberadaan dan menyatakan besarnya konsentrasi gas CO.

Sistim deteksi gas sekaligus berfungsi sebagai akuisisi data. Head sensor atau

sensor kepala gas CO jenis TGS 2442 dan modul pengkondisi sinyal, COM 2442,

buatan Figaro Engineering Inc., dan kartu antar muka ACL 8112 PG digunakan

untuk membangun perangkat keras yang dihubungkan dengan komputer.

Sedangkan LabVIEWTM 7.1 digunakan untuk membuat program akuisisi data.

Sistim sensor dihubungkan dengan ruang uji gas CO. Pengujian dilakukan dengan

cara mengalirkan gas CO dengan konsentrasi yang berbeda-beda, dan sistim akan

mendeteksi secara real time. Data hasil deteksi ditampilkan pada layar komputer

dan dapat disimpan.

Hasil pengujian menunjukan bahwa sensor memiliki rise time rata-rata 1,5

menit, recovery time rata-rata 1,25 menit dan settling time rata-rata 3 menit.

Sensor TGS 2442 memiliki sensitifitas yang meningkat secara linier dengan

meningkatnya konsentrasi gas CO yang terdeteksi.

C. PENGUAT OPRASIONAL (OP-AMP)

Penguat oprasional adalah rangkaian elektroik yang dirancang dan

dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit

saja dapat dipakai untuk berbagai keperluan. Pada mulanya Op-amp diguakan

20

untuk rangkaian perhitunan analog, rangkaian pengaturan dan instrumentasi.

Fungsi utamanya adalah untu melakukan operasi matamtika linier (tegangan dan

arus), integrasi dan penguatan. Op-amp IC adalah solid state yang mampu

mengindara dan memperkuat sinyal masukan baik AC maupun DC. Karakteristik

Op-amp yang terpenting adalah :

1. Impedansi masukan amat tinggi, sehingga arus masukan praktis dapat

diabakan.

2. Penguatan loop terbuka amat tinggi.

3. Keluaran amat rendah, sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh

pembebanan.

Gambar 2.2 merupakan gambar dari blok diagram Op-amp :

Gambar 2.2 Blok Diagram Op-amp

Penguat differensial

impedansi masukan

tinggi

Penguat tegangan

tinggi

Penguat keluaran

impedansi rendah

Masukan

membalik

Masukan

tak membalik

+ V

Keluaran

- V

21

Penguat oprasional biasa dikenal sebagai sebuah IC, dimana banyak

transistor digabungkan dalam satu Kristal semikonduktor. Dengan menggunakan

teknologi IC banyak transistor dan komponen elektronik lain bias digabungkan

menjadi satu komponen dengan berbagai sambungan dan sifat tertentu yang cukup

canggih. Rangkaian Op-amp dalam IC modern merupakan pendekatan yang

baikuntuk sifat Op-amp ideal.

Sifat dari Op-amp adalah Op-amp merupakan suatu penguatan differensial

dengan penguatan yang tak terhingga. Suat penguat differensial adalah suatu

penguat yang mempunyai dua masuka dan satu keluaran yang tergantung dari

perbedaan potensial antara kedua masukannya dengan persamaan sebagai berikut :

V output = ( Vinput1 – Vinput2 ) A

Dimana A adalah factor penguatan, karena A dari op-amp tak terhingga, maka

terdapat persamaan untuk op-amp sebagai berikut :

V output = ( Vinput1 – Vinput2 )

Gambar 2.3 Simbol Op-Amp

Input 1

Input 2

22

Gambar 2.3 menjelaskan besar output menjadi positif tak berhingga ketika

input 1 lebih kecil dari input 2 maka output mejadi negatif tak berhingga ketika

input 1 lebih besar dari pada input 2. Bertarti ketika input 1 tinggi, output rendah,

sebab itu disebut inverting input atau masukan membalik dan dalam rangkaian

biasanya ditandai dengan tanda “-“. Ketika input 2 tinggi , output tinggi, disebut

non inverting input atau masukan membalik dan dalam skema rangkaian biasanya

ditandai dengan “+”. Jelas bahwa tegangan keluaran dari setiap rangkaian

terbatas, maka ketika keluaran dari op-amp harusnya pesitif tak beringa, keluaran

sebenarnya memiliki nilai maksimal yang bias tercapai dalam rangkaian op-amp

itu dan ketika keluarn dari op-amp seharusnya negatif tak berhingga, keluaran

sebennarnya memiliki nilai paling rendah yang bias tercapai dalam rangkaian op-

amp itu. Dimana persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :

V output = ( Vin+ – Vin

- )

Berarti ketika input tak membalik (Vin+) lebih besar input membalik (Vin

-) maka

tegangan output sebesar Vmax dan ketika input tak membalik lebih kecil daripada

input membalik maka tegangan output sebesar Vmin. output bias memiliki

tegangan yang lain ketika tegangan pada kedua input Op-amp sama besar. Satu

Op-amp memerlukan tegangan suplai supaya bias bekerja. Pada pemakaian

biasanya diperlukan suplai positif +15 V dan suplai negatif –15 V, tetapi

kebanyakan suplai untuk kebanyakan Op-amp tidak harus sebesar itu. Besarnya

tegangan suplai yang bias dipakai dalam suatu Op-amp dari buku data Op-amp.

23

Tegangan output maksimal sedikit dibawah suplai positif dan tegangan

minimal pada keluaran Op-amp sedikit diatas suplai negatif. Sifat-sifat lain dari

op-amp ideal adalah sebagai berikut:

1. Tidak ada arus masuk atau keluar dari masukannya, berarti resistivitas

masukan Rin= .

2. Resistivitas keluaran sebesar Rout = .

3. Penguatan Op-amp tak berhingga.

4. Tegangan keluaran hanya bergantung dari selisih tegangan pada

masukan dan tidak tergantung dari potensial bersama pada kedua

masukannya.

Tetapi pada prakteknya atau sesungguhnya sifat-sifat Op-amp tersebut sulit

didapat karena adanya faktor yang merugikan sifat ideal Op-amp tersebut yang

disebabkan oleh faktor mutu produksi atau sifat dari bahan yang dipakai. Sifat

yang merugikan salah satunya adalah dari bidang yang terbatas karena adanya

sifat kapasitif komponen IC dan bati tegangan yang terbatas.

Rangkaian-rangkaian elektronik sering menggunakan Op-amp tersebut

yang didasarkan karena kemudahannya dalam penggunaan dan gain yang tinggi

terutama pada rangkaian-rangkaian filter. Disebut rangkaian analog karena

rangkaian tersebut bekerja dengan masukan dan keluaran berupa tegangan atau

arus bukan pulsa seperti pada rangkaian logika.

24

1. Penguat Non Inverting

Ambar penguat non inverting pada op-amp disimbolkan dengan tanda

positif (+) pada terminal masukannya. Penguat non inverting mempunyai arti

bahwa hasil kekuatan dari rangkaian selaras dengan sinyal masukan dalam

rangkaian. Berikut ini gambar 2.3 rangkaian penguat non inverting.

Gambar 2.4. Rangkaian Penguat Non Inverting

Berikut ini perhitungan bati tegangan dari penguat non inverting adalah :

AV = 1 + RF / R

2. Penguat Inverting

Gambar penguat inverting pada op-amp disimbolkan dengan tanda

negative (-) pada terminal masukannya.penguat inverting mempunyai arti bahwa

hasil kekuatan dari rangkaian tidak selaras dengan sinyal masukan dan fasa

keluarannya. Berikut ini adalah gambar 2.5 yang merupakan rangkaian penguat

inverting :

Gambar 2.5. Rangkaian Penguat Inverting

R1

Rr

R1Rr

+

+

25

Berarti tegangan penguat inverting dapat dirumuskan sebagai berikut :

AV = - Rf / R

Adanya suatu perbedaan dilihat dari rumus bati tegangan antara penguat

non inverting dengan penguat inverting. Pada penguat non inverting bati tegangan

lebih dari satu, hal ini berarti bahwa pada penguat non inverting tidak dapat

digunakan untuk penguatan tegangan lebih kecil dari satu. Hal inilah yang

menjadi kendala pada penguat non inverting dan karena itu penguat non inverting

tidak begitu umum digunakan dari pada penguat inverting (Fredrick W. Hughes,

1998).

Perancangan disini menggunkan op-amp seri LM 358 dalam membuat alat

ini. Dasar pertimbangannya adalah harganya yang ekonomis dan mudah didapat di

pasaran, serta mempunyai dua rangkaian yang dapat berfungsi sebagai penguatan

non inverting dan penguatan inverting, serta LM 358 juga efisien dalam

pemakaian dan bentuk sehingga dapat menghemat tempat.

3. Pengikut Tegangan (Voltage Followe)

Pengikut tegangan adalah suatu bentuk peningkatan dari penguat pengikut

emitor yang digunakan untuk mencocokan sumber dengan impedansi tinggi ke

beban yang impedansinya rendah,halini disebut matching impedance. Penguat ini

mempunyai impedansi masukan besar dan impedansi keluaran kecil. Selain itu

pengikut tegangan juga berfungsi untuk menghindari drop tegangan dari

pembebanan yang terlalu besar ( Ir. Sorjoto, BSc. Dan R. Soebagio Basoeki,

Teknik Elektronika Industri 2, 1980).

26

D. Mikrokontroler

Perkembangan teknologi telah maju dengan pesat dalam perkemabangan

dunia elektronika, khususnya dunia mikroelektronika. Penemuan silicon

menyebabkan bidang ini mampu memberikan sumbangan yang amat berharga

bagi perkembangan teknologi modern. Atmel sebagai salah satu vendor yang

mengembangkan dan memasarkan produk mikroelektronika telah menjadi suatu

teknologi standart bagi para desainer system elektronika masa kini. Dengan

perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor),

para desainer system elektronika telah diberi suatu teknologi yang memiliki

kapabilitas yang amat maju, tetapi dengan biaya ekonomis yang cukup minimal.

Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua

instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi

dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang

membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis

mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi

RISC (Reduced Intruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi

CISC (Complex Intruction set Computing). Secara umum, AVR dapat

dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx,

keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-

masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan

instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama (Lingga Wardhana,

2006).

27

Oleh Karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu

ATMega8535, buku pembelajaran mikrokontroler dengan pemahaman

pemrograman menggunakan simulasi yang terdapat pada software AVR Studio 4

dan juga praktek langsung hardware. Selain itu karena mudah didapatkan dan

murah, ATMega8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap.

1. Arsitektur ATMega8535

Gambar 2.6 Blok Diagram Fungsional ATMega8535

28

Dari gambar 2.6 dapat dilihat bahwa ATMega8535 memiliki bagian sebagai

berikut :

1). Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D

2). ADC 10 bit sebanyak 8 saluran

3). Tiga buah Timer/Counter dengan kemmapuan pembandinga

4). CPU yang terdiri atas 32 buah register

5). Wachtdog Timer dengan osilator internal

6). SRAM sebesar 512 byte

7). Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write

8). Unit interupsi internal dan eksternal

9). Port antarmuka SPI

10). EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi

11). Antarmuka komparator analog

12). Port USART untuk komunikasi serial

2. Fitur ATMega8535

Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut :

1). Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan kasimal 16

MHz.

2). Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM

(Electrically Erasable PProgrammable Read Only Memory) sebesar 512

byte

3). ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel

4). Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps

29

5). Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik

3. Konfigurasi Pin ATMega8535

Konfigurasi pin ATMega8535 bisa dilihat pada gambar 1.2. dari dambar

tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 sebagai

berikut :

1). VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya

2). GND merupakan pin Ground

3). Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC

4). Port B (PB0…PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus

yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI

5). Port C (PC0…PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator

6). Port D (PD0…PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial

7). RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler

8). XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal

9). AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC

10). AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC

Untuk lebih jelasnya, konfigurasi pin-pin pada ATMega 8535 dapat dilihat pada

gambar 2.7 :

30

Gambar 2.7 Pin ATMega8535

E. Catu Daya

Rangkaian catu daya menggunakan IC regulator LM 7805 an LM 7806.

Tegangan-tegangan yang diperolehnya memungkinkan regulator untuk dipakai

dalam system-sistem logika, instrumentasi dan kelenhgkapan elektronik zat padat

lainnya. Meskipun semula dirancang sebagai regulator tegangan tetap, namun akn

diperoleh juga berbagai tegangan dan arus yang adapat distel dengan tambahan

komponen eksternal. Perhatikan gambar dari LM 7895 dan LM 7896 seperti

Gambar 2.8 :

Gambar 2.8 Konfigurasi Pin IC LM 7806

(Sumber : Datasheet LM 78xx)

31

Sifat-sifat dari IC LM 78xx adalah sebagai berikut :

1. Arus keluaran melebihi 1 Ampere

2. Tidak diperlukan komponen eksternal tambahan

3. Adea pengaman daerah aman untuk transistor keluaran

4. Pembebanan arus hubung singkat intern

Karakteristik elektrik IC LM7805 dan LM7806 dijelaskan pada Table 1.2 :

Tabel 1.1. Karakteristik Elektrik IC LM7805 dan LM7806

Type Vout (V) Vin (V)

Min Max

7895 5 7 20

7806 6 8 20

Rangkaian interface membutuhkan tegangan 5 volt DC dan 6 volt DC. Tegangan

5 volt DC dibutuhkan sebagai catu daya pada ADC berupa tegangan ref (Vref),

sedangkan tegangan 6 volt DC dibutuhkan untuk sensor supaya dapat bekerja.

F. LCD

Sebuah alat akan lebih mudah digunakan oleh pengguna bila dalam alat

tersebut terdapat tampilan sebagai media penampil hasil (output) kepada

pengguna alat.

32

G. RELAY

Relay merupakan rangkaian yang bersifat elektronis sederhana dan

tersusun oleh saklar, medan elektromagnet (kawat koil) dan poros besi,Cara kerja

komponen ini dimulai pada saat mengalirnya arus listrik melalui koil,lalu

membuat medan magnet sekitarnya merubah posisi saklar sehingga menghasilkan

arus listrik yang lebih besar. Disinilah keutamaan komponen sederhana ini yaitu

dengan bentuknya yang minimal bisa menghasilkan arus yang lebih besar

Komponen sederhana ini dalam perkembangannya digunakan (atau pernah

digunakan) sebagai komponen dasar berbagai perangkat elektronika,lampu

kendaraan bermotor,jaringan elektronik, televisi, radio, bahkan pada tahun 1930an

pernah digunakan sebagai perangkat dasar komputer yang keberadaannya kini

digantikan oleh mikroprosesor seperti IntelCorp.dan AMD. Semua itu karena

pemakaian relay mempunyai Keuntungan yaitu ;

1. Dapat mengontrol sendiri arus serta tegangan listrik yang diinginkan

2. Dapat memaksimalkan besarnya tegangan listrik hingga mencapai

batas maksimalnya

3. Dapat menggunakan baik saklar maupun koil lebih dari satu,

disesuaikan dengan kebutuhan

Alat Pemantau Gas Karbon Monoksida (CO) Dan Nitrogen Dioksida (NO2)

Documents