REALISASI ALAT UKUR KONSENTRASI SULFUR DIOKSIDA (SO 2 ) BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51
ABSTRAK
REALISASI ALAT UKUR KONSENTRASI SULFUR DIOKSIDA (SO2)
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51
Oleh
Agung Setyo Nugroho
Telah dirancang dan dibuat sebuah alat ukur konsentrasi sulfur dioksida
menggunakan sensor Figaro TGS 2602 yang uji kalibrasi menggunakan IMR
2800A USA. Parameter masukan alat pengukur ini adalah tegangan keluaran dari
sensor yang dihasilkan sensor Figaro TGS 2602. Dalam hasil penelitian ini,
diasumsikan alat ukur bersifat ideal dan linier dengan merujuk pada hasil
pengukuran yang dilakukan oleh IMR 2800A.
Data dari sensor diolah oleh mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan oleh LCD
M1632. Proses pengambilan, pengolahan, dan komunikasi data diatur oleh
program pada mikrokontroler AT89C51 dengan bahasa pemprograman yaitu
Bahasa C menggunakan program simulator M-IDE Studio for MCS-51. Realisasi
alat ukur konsentrasi SO2 berbasis mikrokontroler AT89C51 menghasilkan
keluaran berupa nilai konsentrasi SO2 dalam satuan ppm. Dari hasil penelitian
didapatkan konsentrasi SO2 selama 10 menit dengan volume 100 ml pada gas SO2
murni dari reaksi logam Cu dan larutan H2SO4 pekat sebesar 97.8 ppm untuk
pengujian pertama, 98.8 ppm untuk pengujian kedua dan 98.2 ppm untuk
pengujian ketiga, pada gas buang motor 4-tak tahun 2007 sebesar 97.5 ppm, gas
buang motor 2-tak tahun 1997 sebesar 98.8 ppm, gas buang mobil berbahan
bakar solar tahun 1999 sebesar 70.2 ppm, dan gas buang mobil berbahan bakar
bensin tahun 2000 sebesar 99.6 ppm
Kata kunci: Sulfur dioksida, sensor Figaro TGS 2602, mikrokontroler AT89C51.
ABSTRACT
REALIZATION OF AN INSTRUMENT FOR MEASURING SULPHUR
DIOXIDE (SO2) CONCENTRATION USING FIGARO TGS 2602 SENSOR
BASED MICROCONTROLLER AT89C51
By
Agung Setyo Nugroho
We have designed an instrument measuring the concentration of sulphur dioxide
using a Figaro TGS 2602 sensor that the calibration test using the IMR 2800A
USA. The input parameters of this gauge is a sensor output voltage resulting from
Figaro TGS 2602 sensor. In this study, assumed to be an ideal measuring
instrument and linear with reference to the results of measurements carried out by
IMR 2800A.
Data from sensors is processed by the microcontroller and the results are
displayed by LCD M1632. The process of collecting, processing, and data
communication is set by the program on microcontroller AT89C51 with the C
programming language using the simulator program M-IDE Studio for MCS-51.
Actual SO2 concentration measuring instrument based on AT89C51
microcontroller generates a value of SO2 concentration in units of ppm. From the
results, the concentration of SO2 for 10 minutes with a volume of 100 ml of pure
SO2 gas from the reaction of copper metal and a solution of concentrated H2SO4 at
97.8 ppm for the first test, 98.8 ppm for the second test and 98.2 ppm for the third
test, the exhaust gas 4-stroke motorcycles in 2007 amounted to 97.5 ppm, exhaust
gas 2-stroke motorcycles in 1997 amounted to 98.8 ppm, exhaust gas of diesel
fueled cars in 1999 amounted to 70.2 ppm, and the exhaust of gasoline-fueled cars
in 2000 amounted to 99.6 ppm.
Keywords: Sulphur dioxide, Figaro TGS 2602 sensor, microcontroller AT89C51.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sejalan dengan kehidupan masyarakat yang makin modern, jumlah kendaraan
bermotor makin bertambah, pabrik-pabrik industri juga meningkat, akibatnya
polusi udara makin bertambah dan menjadi masalah, menimbulkan dampak
negatif berupa masalah kesehatan. Polusi udara merupakan masalah penting yang
dapat mengancam kehidupan manusia. Salah satu unsur kimia yang terkait sangat
erat dengan polusi udara adalah sulfur (Munthe, 2003).
Sulfur merupakan senyawa yang secara alami terkandung dalam minyak bumi
atau gas, namun keberadaannya tidak dinginkan karena dapat menyebabkan
berbagai masalah, termasuk di antaranya korosi pada peralatan, meracuni katalis
dalam proses pengolahan, bau yang kurang sedap, atau produk samping
pembakaran berupa gas buang yang beracun dan menimbulkan polusi udara, serta
apabila akumulasi gas sulfur di udara tinggi akan mengakibatkan hujan asam yang
mendatangkan beragam kerugian, sehingga pemantauan gas sulfur di udara sangat
penting dilakukan (Utami, 2006)
Sebanyak dua pertiga dari jumlah sulfur di atmosfer berasal dari sumber-sumber
alam seperti gunung berapi, dan terdapat dalam bentuk H2S dan SOx. Transportasi
bukan merupakan sumber utama polutan SOx tetapi pembakaran bahan bakar,
pembakaran batu arang, minyak bakar, gas, kayu dan sebagainya. Pembakaran
2
bahan-bahan yang mengandung sulfur akan menghasilkan kedua bentuk sulfur
oksida yaitu SO3 dan SO2, tetapi jumlah relatif masing-masing tidak dipengaruhi
oleh jumlah oksigen yang tersedia. Meskipun udara tersedia dalam jumlah cukup,
SO2 selalu terbentuk dalam jumlah terbesar. Konsentrasi gas SO2 di udara akan
mulai terdeteksi oleh indera manusia (tercium baunya) berkisar antara konsentrasi
0,3 - 1 ppm (Wardhana, 2001).
Karena sulfur dioksida merupakan polutan yang berbahaya dan terbentuk dalam
jumlah yang terbesar, maka diperlukan suatu monitoring system tingkat polusi
udara untuk mengetahui konsentrasi sulfur dioksida. Dimana diketahui bahwa
setiap negara atau wilayah pasti memiliki persyaratan batas ambang konsentrasi
maksimum yang diperbolehkan untuk setiap gas polutan. Sehingga konsentrasinya
perlu dipantau agar didapatkan data-data konsentrasi dan diketahui tingkat polusi
yang disebabkan oleh gas polutan tersebut dalam hal ini yaitu sulfur dioksida
(SO2).
Alat yang digunakan untuk mengetahui atau memantau kadar konsentrasi SO2
seperti spektrofotometer, ultraviolet fluorescent, ASTM D2914 sulfur analyzer,
SCD (Sulfur Chemiluminiscence Detector) memiliki kepekaan yang kurang
terhadap konsentrasi SO2 yang rendah, susah didapatkan dan harganya yang
mahal. Metode-metode analisis yang digunakan untuk mengetahui kadar
konsentrasi SO2 seperti metode analisis spektrofotometri, metode analisis
gravimetri, metode colorimetri, metode potensiometri, metode aerasi oksidasi
(AO) juga memiliki kelemahan diantaranya membutuhkan waktu yang cukup
lama, panjang gelombang yang tidak konstan, potensi penguapan gas, rentan
terhadap gangguan dan titik akhir yang sulit ditentukan.
3
Penelitian ini dimaksudkan membuat suatu sistem mekanik yang dapat mengukur
konsentrasi gas sulfur dioksida dengan sensor Figaro TGS 2602 produksi Figaro
Engineering dari Jepang sebagai bagian pensensor sulfur dioksida yang berbasis
mikrokontroler AT89C51 sebagai bagian akuisisi datanya. Hal ini dilakukan
karena alat yang ada kurang peka terhadap konsentrasi SO2 yang rendah. Selain
itu metode yang digunakan masih menggunakan uji sampel (SO2) dengan
menggunakan senyawa-senyawa atau larutan kimia, dan biasanya sampel
diharuskan dalam bentuk cairan. Dengan menggunakan alat ukur sensor yang
berbasis mikrokontroler AT89C51, dimaksudkan agar data konsentrasi gas SO2
yang diperoleh lebih akurat secara digital dan mengetahui kepekaan alat untuk
memantau perubahan konsentrasi gas yang terjadi pada konsentrasi rendah. Serta
nilai konsentrasi gas ditampilkan menggunakan LCD M1632.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan khusus yang dikehendaki dari penelitian ini adalah:
1. Merealisasikan instrumen pengukur konsentrasi sulfur dioksida (SO2) dan
menampilkan hasil pengukuran pada LCD M1632.
2. Mengaplikasikan mikrokontroler AT89C51 sebagai bagian sistem akuisisi
data.
3. Mendapatkan alat pengukur konsentrasi gas sulfur dioksida yang memiliki
presisi dan kepekaan yang baik.
C. Manfaat Penelitian
Berdasarkan tujuan tersebut, diharapkan penelitian ini dapat memberikan
manfaat yaitu tersedia alat pengukur konsentrasi sulfur dioksida digital
4
menggunakan sensor gas TGS 2602 serta mengetahui tingkat konsentrasi
sulfur dioksida pada udara tercemar.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian tersebut, maka masalah yang hendak
diselesaikan adalah bagaimana merancang sistem elektronika yang mampu
mengukur konsentrasi sulfur dioksida secara digital dengan akuisisi data yang
lengkap dan memiliki presisi serta kepekaan yang baik menggunakan Figaro
TGS 2602 sebagai sensor gas sulfur dioksida serta menampilkan hasil
pengukuran pada LCD M1632 yang berbasis mikrokontroler AT89C51.
E. Batasan Penelitian.
Berikut beberapa batasan masalah pada penelitian ini:
a. Menggunakan sensor gas jenis Figaro tipe TGS 2602.
b. Parameter yang diukur adalah tegangan output dari sensor.
c. Udara atau gas uji dikurung dalam ruang tertutup.
d. Menggunakan Mikrokontroler AT89C51.
REALISASI ALAT UKUR KONSENTRASI SULFUR DIOKSIDA (SO2)
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51
Oleh
Agung Setyo Nugroho
Telah dirancang dan dibuat sebuah alat ukur konsentrasi sulfur dioksida
menggunakan sensor Figaro TGS 2602 yang uji kalibrasi menggunakan IMR
2800A USA. Parameter masukan alat pengukur ini adalah tegangan keluaran dari
sensor yang dihasilkan sensor Figaro TGS 2602. Dalam hasil penelitian ini,
diasumsikan alat ukur bersifat ideal dan linier dengan merujuk pada hasil
pengukuran yang dilakukan oleh IMR 2800A.
Data dari sensor diolah oleh mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan oleh LCD
M1632. Proses pengambilan, pengolahan, dan komunikasi data diatur oleh
program pada mikrokontroler AT89C51 dengan bahasa pemprograman yaitu
Bahasa C menggunakan program simulator M-IDE Studio for MCS-51. Realisasi
alat ukur konsentrasi SO2 berbasis mikrokontroler AT89C51 menghasilkan
keluaran berupa nilai konsentrasi SO2 dalam satuan ppm. Dari hasil penelitian
didapatkan konsentrasi SO2 selama 10 menit dengan volume 100 ml pada gas SO2
murni dari reaksi logam Cu dan larutan H2SO4 pekat sebesar 97.8 ppm untuk
pengujian pertama, 98.8 ppm untuk pengujian kedua dan 98.2 ppm untuk
pengujian ketiga, pada gas buang motor 4-tak tahun 2007 sebesar 97.5 ppm, gas
buang motor 2-tak tahun 1997 sebesar 98.8 ppm, gas buang mobil berbahan
bakar solar tahun 1999 sebesar 70.2 ppm, dan gas buang mobil berbahan bakar
bensin tahun 2000 sebesar 99.6 ppm
Kata kunci: Sulfur dioksida, sensor Figaro TGS 2602, mikrokontroler AT89C51.
ABSTRACT
REALIZATION OF AN INSTRUMENT FOR MEASURING SULPHUR
DIOXIDE (SO2) CONCENTRATION USING FIGARO TGS 2602 SENSOR
BASED MICROCONTROLLER AT89C51
By
Agung Setyo Nugroho
We have designed an instrument measuring the concentration of sulphur dioxide
using a Figaro TGS 2602 sensor that the calibration test using the IMR 2800A
USA. The input parameters of this gauge is a sensor output voltage resulting from
Figaro TGS 2602 sensor. In this study, assumed to be an ideal measuring
instrument and linear with reference to the results of measurements carried out by
IMR 2800A.
Data from sensors is processed by the microcontroller and the results are
displayed by LCD M1632. The process of collecting, processing, and data
communication is set by the program on microcontroller AT89C51 with the C
programming language using the simulator program M-IDE Studio for MCS-51.
Actual SO2 concentration measuring instrument based on AT89C51
microcontroller generates a value of SO2 concentration in units of ppm. From the
results, the concentration of SO2 for 10 minutes with a volume of 100 ml of pure
SO2 gas from the reaction of copper metal and a solution of concentrated H2SO4 at
97.8 ppm for the first test, 98.8 ppm for the second test and 98.2 ppm for the third
test, the exhaust gas 4-stroke motorcycles in 2007 amounted to 97.5 ppm, exhaust
gas 2-stroke motorcycles in 1997 amounted to 98.8 ppm, exhaust gas of diesel
fueled cars in 1999 amounted to 70.2 ppm, and the exhaust of gasoline-fueled cars
in 2000 amounted to 99.6 ppm.
Keywords: Sulphur dioxide, Figaro TGS 2602 sensor, microcontroller AT89C51.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sejalan dengan kehidupan masyarakat yang makin modern, jumlah kendaraan
bermotor makin bertambah, pabrik-pabrik industri juga meningkat, akibatnya
polusi udara makin bertambah dan menjadi masalah, menimbulkan dampak
negatif berupa masalah kesehatan. Polusi udara merupakan masalah penting yang
dapat mengancam kehidupan manusia. Salah satu unsur kimia yang terkait sangat
erat dengan polusi udara adalah sulfur (Munthe, 2003).
Sulfur merupakan senyawa yang secara alami terkandung dalam minyak bumi
atau gas, namun keberadaannya tidak dinginkan karena dapat menyebabkan
berbagai masalah, termasuk di antaranya korosi pada peralatan, meracuni katalis
dalam proses pengolahan, bau yang kurang sedap, atau produk samping
pembakaran berupa gas buang yang beracun dan menimbulkan polusi udara, serta
apabila akumulasi gas sulfur di udara tinggi akan mengakibatkan hujan asam yang
mendatangkan beragam kerugian, sehingga pemantauan gas sulfur di udara sangat
penting dilakukan (Utami, 2006)
Sebanyak dua pertiga dari jumlah sulfur di atmosfer berasal dari sumber-sumber
alam seperti gunung berapi, dan terdapat dalam bentuk H2S dan SOx. Transportasi
bukan merupakan sumber utama polutan SOx tetapi pembakaran bahan bakar,
pembakaran batu arang, minyak bakar, gas, kayu dan sebagainya. Pembakaran
2
bahan-bahan yang mengandung sulfur akan menghasilkan kedua bentuk sulfur
oksida yaitu SO3 dan SO2, tetapi jumlah relatif masing-masing tidak dipengaruhi
oleh jumlah oksigen yang tersedia. Meskipun udara tersedia dalam jumlah cukup,
SO2 selalu terbentuk dalam jumlah terbesar. Konsentrasi gas SO2 di udara akan
mulai terdeteksi oleh indera manusia (tercium baunya) berkisar antara konsentrasi
0,3 - 1 ppm (Wardhana, 2001).
Karena sulfur dioksida merupakan polutan yang berbahaya dan terbentuk dalam
jumlah yang terbesar, maka diperlukan suatu monitoring system tingkat polusi
udara untuk mengetahui konsentrasi sulfur dioksida. Dimana diketahui bahwa
setiap negara atau wilayah pasti memiliki persyaratan batas ambang konsentrasi
maksimum yang diperbolehkan untuk setiap gas polutan. Sehingga konsentrasinya
perlu dipantau agar didapatkan data-data konsentrasi dan diketahui tingkat polusi
yang disebabkan oleh gas polutan tersebut dalam hal ini yaitu sulfur dioksida
(SO2).
Alat yang digunakan untuk mengetahui atau memantau kadar konsentrasi SO2
seperti spektrofotometer, ultraviolet fluorescent, ASTM D2914 sulfur analyzer,
SCD (Sulfur Chemiluminiscence Detector) memiliki kepekaan yang kurang
terhadap konsentrasi SO2 yang rendah, susah didapatkan dan harganya yang
mahal. Metode-metode analisis yang digunakan untuk mengetahui kadar
konsentrasi SO2 seperti metode analisis spektrofotometri, metode analisis
gravimetri, metode colorimetri, metode potensiometri, metode aerasi oksidasi
(AO) juga memiliki kelemahan diantaranya membutuhkan waktu yang cukup
lama, panjang gelombang yang tidak konstan, potensi penguapan gas, rentan
terhadap gangguan dan titik akhir yang sulit ditentukan.
3
Penelitian ini dimaksudkan membuat suatu sistem mekanik yang dapat mengukur
konsentrasi gas sulfur dioksida dengan sensor Figaro TGS 2602 produksi Figaro
Engineering dari Jepang sebagai bagian pensensor sulfur dioksida yang berbasis
mikrokontroler AT89C51 sebagai bagian akuisisi datanya. Hal ini dilakukan
karena alat yang ada kurang peka terhadap konsentrasi SO2 yang rendah. Selain
itu metode yang digunakan masih menggunakan uji sampel (SO2) dengan
menggunakan senyawa-senyawa atau larutan kimia, dan biasanya sampel
diharuskan dalam bentuk cairan. Dengan menggunakan alat ukur sensor yang
berbasis mikrokontroler AT89C51, dimaksudkan agar data konsentrasi gas SO2
yang diperoleh lebih akurat secara digital dan mengetahui kepekaan alat untuk
memantau perubahan konsentrasi gas yang terjadi pada konsentrasi rendah. Serta
nilai konsentrasi gas ditampilkan menggunakan LCD M1632.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan khusus yang dikehendaki dari penelitian ini adalah:
1. Merealisasikan instrumen pengukur konsentrasi sulfur dioksida (SO2) dan
menampilkan hasil pengukuran pada LCD M1632.
2. Mengaplikasikan mikrokontroler AT89C51 sebagai bagian sistem akuisisi
data.
3. Mendapatkan alat pengukur konsentrasi gas sulfur dioksida yang memiliki
presisi dan kepekaan yang baik.
C. Manfaat Penelitian
Berdasarkan tujuan tersebut, diharapkan penelitian ini dapat memberikan
manfaat yaitu tersedia alat pengukur konsentrasi sulfur dioksida digital
4
menggunakan sensor gas TGS 2602 serta mengetahui tingkat konsentrasi
sulfur dioksida pada udara tercemar.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian tersebut, maka masalah yang hendak
diselesaikan adalah bagaimana merancang sistem elektronika yang mampu
mengukur konsentrasi sulfur dioksida secara digital dengan akuisisi data yang
lengkap dan memiliki presisi serta kepekaan yang baik menggunakan Figaro
TGS 2602 sebagai sensor gas sulfur dioksida serta menampilkan hasil
pengukuran pada LCD M1632 yang berbasis mikrokontroler AT89C51.
E. Batasan Penelitian.
Berikut beberapa batasan masalah pada penelitian ini:
a. Menggunakan sensor gas jenis Figaro tipe TGS 2602.
b. Parameter yang diukur adalah tegangan output dari sensor.
c. Udara atau gas uji dikurung dalam ruang tertutup.
d. Menggunakan Mikrokontroler AT89C51.