Pendeteksi Kebakaran dan Kebocoran Gas

  1. Tujuan [kembali]
    • Memahami kerja dan fugsi dari flame sensor dan sensor MQ-2
    • Dapat merangkai simulasi pada proteus
  2. Komponen [kembali]
    • Flame sensor


      Flame detector merupakan salah satu alat instrumen berupa sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang antara 760nm ~ 1100nm. Flame detector merupakan salah satu alat instrumen berupa sensor yang dapat mendeteiksi intensitas dan frekuensi api dalam suatu proses pembakaran, dalam hal boiler pada pembangkit listrik tenaga uap. Flame detector dapat mendeteksi penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spektrum cahaya pada api dan sumber alarm palsu. Alarm palsu yangdimaksud yang disebabkan oleh adanya petir, radiasi dan panas matahari yang memungkinkan mengaktifkan flame sensor. Namun dengan perkembangan teknologi cara kerja flame detector lebih pandai dalam menangkap percikan api yang dapat menyebabkan kebakaran. Cara kerja flame detector abad ini dirancang dengan sistem delay selama 2-3 detik pada detektor ini sehingga mampu mendeteksi sumber kebakaran lebih dini dan memungkinkan tidak terjadi sumber alarm palsu
    • Buzzer


      Buzzer listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada truk dan perangkat bahaya lainnya. Jenis buzzer yang sering ditemukan dan digunakan adalah buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan buzzer piezoelectric menggabungkannya ke rangkaian elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga tranduser ini juga sering disebut dengan beeper.
    • MQ-2


      Sensor jenis ini adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas, baik dirumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya: LPG, i-butane, propane, methane, alcohol, hidrogem, smoke. Sensor ini sangat cocok digunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain-lain.
    • LED


      Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakan. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata, seperti yang sering kita jumpai pada remot TV atau elektronik lainnya
    • Motor DC


      Motor listrik DC atau DC motor adalah suatu perangkat yang mengubah listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai motor arus searah, atau DC (direct current) untuk dapat menggerakannya. Motor listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat elektronik dan listrik yang menggunakan listirk DC seperti vibrator ponsel, kipas DC, dan bor DC
    • Baterai


      Baterai (battery) adalah sebuah alat yang dapat mengubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti handphone, laptop, senter maupun remot kontrol menggunakan baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya baterai kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis baterai, yaitu baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (single use) dan baterai yang dapat di isi ulang (rechargeable).
    • Resistor


      Resistor merupakan salah satu komponen yang paling sering ditemukan dalam rangkaian elektronika. Hampir setiap peralatan elektronika menggunakannya. Pada dasarnya resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus litrik dalam suatu rangkaian elektronika. Resistor atau dalam bahasa indonesia disebut dengan hambatan atau tahanan, biasanya disingkat dengan huruf "R". satuan hambatan atau resistansi resistor adalah OHM. Sebutan OHM ini diambil dari nama penemunya yaitu Georg Simon Ohm, yang juga merupakan seorang fisikawan jerman.
    • Relay


      Relay adalah saklar (switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen elektromekanikal yang terdiri dari 2 bagian utama yakni elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Relay menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi, Sebagai contoh, dengan relay yang menggunakan elektromagnet 5V dan 50mA mampu menggerakan armature relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk mengantarkan listrik 220V 2A
    • Transistor NPN


      Transistor adalah salah satu komponen semikonduktor yang sering digunakan dalam rangkaian elektronika. Transistor memiliki berbagai fungsi yang digunakan oleh suatu rangkaian elektronika. Fungsi-fungsi tersebut diantaranya seperti penguat, penyearah, switch, mixer dan stabilisator. Pada umumnya, transistor dapat dibagikan menjadi dua jenis, yaitu transistor bipolar dan transistor FET. Kedua jenis transisteor tersebut sama-sama menggunakan tiga kaki terminal, namun memiliki nama yang berbeda. Transistor bipolar menggunakan nama kaki terminal basis (B), kolektor (K), emitor (E) sedangkan transistor FET menggunakan nama kaki terminal gate (G), drain (D), dan source (S). Transistor NPN dan transistor PNP akan kita bahas pada artikel ini merupakan jenis transistor yang digolongkan sebagai transistor bipolar, yaitu transistor yang memiliki dua jenis polaritas dalam membawa arus listrik.
    • OP-Amp


      Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah OP-Amp adalah salah satu dari bentuk IC linear yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa transistor, dioda, resistor dan kapasitor yang terinterkoneksi dan integrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa indonesia, Op-Amp atau operational amplifier sering disebut juga dengan penguat operasional. Operasional amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC linear yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik. 

  3. Dasar Teori[kembali]
    Pada sebuah gedung atau ruangan diperlukan sebuah alat yang dapat memadamkan api secara otomatis. Pada kesempatan kali ini pemadam api yang dibuat dengan mendeteksi api dan gas pada ruangan sehingga sensor yang digunakan yaitu flame sensor dan MQ-2. Flame sensor merupakan sensor yang mempunya fungsi sebagai pendeteksi nyala api dimana api memiliki panjang gelombang antara 760nm-1100nm. Sensor ini menggunakan infrared sebagai tranduser dalam mensensing kondisi nyala api. Suhu normal pembacaan sensor yaitu pada 25-85 derajat. dengan sudut pembacaan pada 60 derajat
    Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluarannya berupa tegangan analog. Sensor ini dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20 sampai 50 derajat dan mengonsumsi arus kurang dari 150mA pada 5V

    OP-Amp
    Berikut dibawah ini adalah Simbol dan bentuk IC Op-Amp pada umumnya. 


    Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :
    Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +
    Masukan pembalik (Inverting) –
    Keluaran Vout
    Catu daya positif +V
    Catu daya negatif –V

    Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)
    Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.
    Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :
    Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
    Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
    Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
    Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
    Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
    Karakteristik tidak berubah dengan suhu




    Buzzer
    Seperti namanya, Piezoelectric Buzzer adalah jenis Buzzer yang menggunakan efek Piezoelectric untuk menghasilkan suara atau bunyinya. Tegangan listrik yang diberikan ke bahan Piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator. Berikut ini adalah gambar bentuk dan struktur dasar dari sebuah Piezoelectric Buzzer.

    Jika dibandingkan dengan Speaker, Piezo Buzzer relatif lebih mudah untuk digerakan. Sebagai contoh, Piezo Buzzer dapat digerakan hanya dengan menggunakan output langsung dari sebuah IC TTL, hal ini sangat berbeda dengan Speaker yang harus menggunakan penguat khusus untuk menggerakan Speaker agar mendapatkan intensitas suara yang dapat didengar oleh manusia. Piezo Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi di kisaran 1 – 5 kHz hingga 100 kHz untuk aplikasi Ultrasound. Tegangan Operasional Piezoelectric Buzzer yang umum biasanya berkisar diantara 3Volt hingga 12 Volt.

    Relay
    Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.
    Ada besi atau yang disebut dengan nama inti besi dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali.  Sehingga kumparan kumparan yang diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet.  Gaya tersebut selanjutnya akan menarik angker untuk pindah dari biasanya tutup ke buka normal.  Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru yang biasanya terbuka yang dapat menghantarkan arus listrik.  Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normal close.

    Fitur:
    1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 12V
    2. Arus pemicu 70mA
    3. Beban maksimum AC 10A @ 250 / 125V
    4. Maksimum baban DC 10A @ 30 / 28V
    5. Switching maksimum

    Motor-DC
    Prinsip Kerja Motor DC Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).

    Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

    MQ-2


    Gas Sensor (MQ2) adalah sensor yang berguna untuk mendeteksi kebocoran gas baik pada rumah maupun industri. Sensor ini sangat cocok untuk mendeteksi H2, LPG, CH4, CO, Alkohol, Asap atau Propane. Karena sensitivitasnya yang tinggi dan waktu respon yang cepat, pengukuran dapat dilakukan dengan cepat. Sensitivitas sensor dapat disesuaikan dengan potensiometer.
    Spesifikasi:
    a. Catu daya pemanas : 5V AC/DC
    b. Catu daya rangkaian : 5VDC
    c. Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
    d. Keluaran : analog (perubahan tegangan)

    Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.

    Sensor MQ-2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah power supply (Vcc) sebasar +5 volt untuk mengaktifkan heater dan sensor, Vss (Ground)

    Pada sebuah gedung atau ruangan diperlukan sebuah alat yang dapat memadamkan api secara otomatis. Pada kesempatan kali ini pemadam api yang dibuat dengan mendeteksi api dan gas pada ruangan sehingga sensor yang digunakan yaitu flame sensor dan MQ-2. Flame sensor merupakan sensor yang mempunyai fungsi sebagai pendeteksi nyala api dimana api memiliki panjang gelombang antara 760nm-1100nm. sensor ini menggunakan infrared sebagai tranduser dalam mensensing kondisi nyala api. Suhu normal pembacaan sensor yaitu pada 25°-85°C dengan sudut pembacaan pada 60°.
    Grafik Sensor:

    Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakann untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluarannya berupa tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150 mA pada 5V.

    Flame Sensor
    Sensor ini sensitif terhadap api dan radiasi. Biasanya digunakan pada rangkaian alarm kebakaran atau kejuaraan robot pendeteksi kebakaran. Dapat mendeteksi cahaya dengan panjang gelombang dalam jarak tertentu

    Spesifikasi:
    a. Mendeteksi cahaya dengan rentang panjang gelombang 760-1100 nm
    b. Jarak deteksi : 20cm (4.8V) hingga 100 cm (1V)
    c. Sudut deteksi : 60°
    d. Tegangan operasi : 3.3-5V
    e. Tegangan keluaran : analog

    Respons terhadap nyala api yang terdeteksi bergantung pada pemasangan, tetapi dapat mencakup membunyikan alarm, menonaktifkan saluran bahan bakar (seperti propana atau saluran gas alam), dan mengaktifkan sistem pencegah kebakaran. Ketika digunakan dalam aplikasi seperti tungku industri, perannya adalah untuk memberikan konfirmasi bahwa tungku bekerja dengan benar; dalam hal ini mereka tidak melakukan tindakan langsung di luar memberi tahu operator atau sistem kontrol. Detektor api seringkali dapat merespon lebih cepat dan lebih akurat daripada detektor asap atau panas karena mekanisme yang digunakan untuk mendeteksi nyala api.

    Grafik Respon Sensor:
    Temperatur terus naik akibat proses perpindahan kalor melalui udeara sehingga sensor dapat menyerap kalor yang di pancarkan oleh api sehingga semakin lama api menyala semakin panas temperatur pada ruangan tersebut . dan disini semakin dekat jarak sensor dengan api maka semakin tinggi yang dibaca oleh alat ukur sensor begitu sebaliknya jika semakin jauh sensor dengan jarak api maka pembacaan oleh alat ukur maka kecil .

    Transistor
    Transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari dari bahan semi konduktor jenis N dan jenis P. Transistor memiliki 3 kaki yaitu: basis (B), kolektor (C) dan emitor (E). Berdasarkan susunan semikonduktor yang membentuknya, transistor dibedakan menjadi dua tipe, yaitu transistor jenis PNP dan transistor jenis NPN. Untuk membadakan transistor PNP dan NPN dapat dari arah panah pada kaki emitornya. Pada transistor PNP anak panah mengarah ke dalam dan pada transistor NPN arah panahnya mengarah ke luar.
    Simbol Transistor:

    dimana, iC = perubahan arus kolektor
    iB = perubahan arus basis
    hFE = arus yang dicapai

    Transistor sebagai saklar
    Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titk jenuh (saturasi). Pada titk jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut-off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. Nilai resistor terhubung ke base (Rb) dapat dihitung dengan;

    Rb = Vbe / Ib

    Transistor sebagai penguat
    Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base.

    DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)

  4. Prinsip Kerja [kembali]
    Ketika sensor mendeteksi adanya gas dan belum timbulnya api maka sensor gas MQ-2 akan berlogika 1 sehingga sensor akan mengeluarkan output berupa tegangan dan membuat arus mengalir menuju kaki OP-Amp (non-inverting) dan nanti akan diperkuat tegangannya sebesar 2 kali sehinggu tegangannya menjadi 10V dan membuat lampu indikator LED dan buzzer menjadi hidup dan berbunyi.
    Adapun ketika api terdeteksi maka sensor api akan berlogika 1 sehingga sensor akan mengeluarkan output berupa tegangan yang mengalir ke kaki OP-Amp(non-inverting) dan diperkuat tegangannya sebesar 2 kali sehingga arus akan mengalir dari kaki basis transistor NPN dan membuat rangkaian menjadi tertutup lalu mengalir kepada relay dan mengaktifkan relay sehingga menjadi arus tertutup maka pompa air akan hidup untuk mematikan api.
  5. Bentuk Rangkaian [kembali]

    Flame Sensor dan MQ2 tidak aktif


    Flame Sensor Aktif


    Flame Sensor dan MQ2 Aktif



  6. Video [kembali]

  7. Link Download [kembali]
    Download datasheet Flame Sensor disini
    Download datasheet MQ-2 disini
    Download datasheet Resistor disini
    Download datasheet Relay disini
    Download datasheet Buzzer disini
    Download datasheet OP-Amp disini
    Download datasheet Motor-DC disini
    Download library flame sensor dan kode disini
    Download library MQ-2 dan kode disini
    Download rangkaian disini
    Download video disini

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)