DETEKSI SEBARAN GAS METANA (CH 4 ) DI TEMPAT PENAMPUNGAN AKHIR (TPA) PAKUSARI JEMBER MENGGUNAKAN SENSOR TGS 2611
Sri Indariyatul Masruroh *) , Bowo Eko Cahyono dan Agung Tjahjo Nugroho Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember
*) sri.indariyatul @gmail.com

## ABSTRACT
Waste  is  an  important  issue  in  urban  environments  and  will  continue  to  be  faced  by  governments  and communities. Most waste disposal sites are concentrated in the Final Disposal Site (TPA). Waste accumulation in the landfill can create methane gas which can spread to the environment. The purpose of this research is to know  the  application  of  TGS  2611  sensor  as  methane  gas  detector  and  use  it  to  measure  methane  gas distribution at TPA Pakusari Jember. This research is conducted by detecting the distribution of methane gas in TPA  Pakusari.  Data  retrieval  is  performed  by  placing  the  sensor  directly  above  the  garbage  pile  and  then observe the voltage value that appears on the LCD screen. The obtained data of voltage values are normalized and then they are visualized into 2 dimension contoure graph by using Matlab application. The results show that methane gas in TPA Pakusari is not spread evenly but it spreads randomly. This is due to the unequal garbage composition and the height random garbage at each measurement point. The largest methane gas is located in the area of the pile of organic waste that suffers from decay and the lowest methane gas is located in areas with little piles of rubbish and dominant with the soil. Thus it can be concluded that TGS 2611 sensor can be applied to detect the spread of methane gas in TPA Pakusari Jember.
Key words :Waste, methane gas, distribution, TGS 2611 sensor

## PENDAHULUAN
Persoalan  mengenai  sampah  merupakan masalah penting di lingkungan perkotaan dan akan terus  dihadapi  oleh  pemerintah  dan  masyarakat. Pertumbuhan  penduduk  yang  semakin  meningkat akan  berpengaruh  terhadap  jumlah  timbunan sampah.  Umumnya  lokasi  pembuangan  akhir bersifat  terpusat  sehingga  akan  terdapat  banyak sampah  pada  suatu  tempat  pembuangan  akhir (TPA).
Penumpukan  volume  sampah  pada  suatu area dapat memunculkan  gas  metana  yang  mampu tersebar ke lingkungan. Gas metana (CH 4 ) memiliki sifat  tidak  berwarna  dan  mudah  terbakar  sehingga berpotensi  terjadi  ledakan  dan  kebakaran  pada landfill .  Gas  metana  dapat  juga  menyebabkan terjadinya  pemanasan  global  karena  mampu menyerap  dan  meneruskan  radiasi  sinar  matahari (gelombang  pendek)  namun  mampu  memantulkan kembali  radiasi gelombang panjang yang dipancarkan  dari  permukaan  bumi  sehingga mengakibatkan kenaikan suhu bumi.
TPA Pakusari merupakan tempat pembuangan  sampah  terbesar  di  Kabupaten Jember.  TPA  ini  bersifat  sistem  terbuka  yang disebut  dengan open  dumping .  Komposisi  sampah yang  berada  di  TPA  tersebut  terdiri  dari  sampah organik  dan  anorganik  yang  berasal  dari  pasar tradisional dan perumahan yang berada di kawasan perkotaan. Sampah  yang terdapat di TPA Pakusari dibiarkan menumpuk sehingga dapat menyebabkan pembusukan sampah yang mengundang aroma bau tak sedap dan sumber penyakit. Selain itu, dampak
dari pembusukan sampah  juga dapat menghasilkan gas  metana  yang  teremisikan  secara  langsung  di udara.
Berdasarkan hal tersebut, penulis terinspirasi  untuk  merancang  suatu  instrumen elektronik  yang  bisa  digunakan  untuk  mengukur sebaran  konsentrasi  gas  metana  (CH 4 )  pada  lokasi penumpukan  sampah.  Untuk  itu  diperlukan  suatu alat yang bisa bekerja dengan menggunakan sensor gas.  Sebuah  sensor  gas  memiliki  resistansi  yang akan  berubah  bila  sensor  tersebut  mendeteksi adanya  gas-gas  polutan.  Sehingga  pada  penelitian ini  digunakanlah  sensor  gas  Figaro  TGS  2611, dimana  sensor  ini  memiliki  sensitifiitas  tinggi untuk mendeteksi keberadaan gas metana (CH 4 ).

## LANDASAN TEORI

## SAMPAH
Sampah adalah suatu bahan yang terbuang atau  dibuang  dari  sumber  hasil  aktivitas  manusia maupun  proses  alam  yang  belum  memiliki  nilai ekonomis.  Sampah  merupakan  bahan  yang  tidak memiliki  nilai  dan  sumber  daya  yang  tidak  siap pakai. Bentuk sampah bisa berada dalam setiap fase materi, yaitu: padat, cair, dan gas [1] . Berdasarkan bahan asalnya, sampah dibagi menjadi  dua  jenis,  yaitu  sampah  organik  dan sampah anorganik.
(a) (b)
Gambar 1.  (a)   Sampah Organik Limbah Pasar.
(b) Sampah Anorganik
(Sumber: Mulyono,2014) [2] .

## Gas Metana
Metana  adalah  gas  yang  molekulnya tersusun  dari  satu  atom  karbon  dan  empat  atom hidrogen. Metana merupakan gas rumah kaca yang dihasilkan  dari  proses  penguraian  bahan  organik oleh bakteri anaerob [3] .
Gambar 2. Struktur Kimia Metana (Sumber: Indarto, 2007).

## Sensor TGS 2611
Sensor  adalah  alat  yang  digunakan  untuk mendeteksi  dan  sering  berfungsi  untuk  mengukur magnitude  sesuatu.  Sensor  adalah  jenis  transduser yang  digunakan  untuk  mengubah  variasi  mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan  arus  listrik.  Sensor  biasanya  dikategorikan melalui  pengukuran  dan  memegang  peranan penting  dalam  pengendalian  proses  kalibrasi pabrikasi  modern.  Sensor  memberikan  ekivalen,
mata,  pendengaran,  hidung,  lidah  untuk  menjadi otak mikroposesor dari sistem otomatis industri [4] . Sensor  TGS  2611  dari  figaro  ini  memiliki tingkat  sensitivitas  dan  selektifitas  yangbaik terhadap gas metana (CH4). Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs  yang akan berubah  bila terkena gas  metana  dan  juga  memiliki  sebuah  pemanas ( heater )  yang  berfungsi  untuk  membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar. Sensor TGS 2611 membutuhkan tegangan sumber sebesar 5  Volt  yang  teregulasi  dengan  baik.  Sensor  ini memerlukan  dua  buah  tegangan  masukan  yakni tegangan  pemanas  ( V H )  dan  tegangan  rangkaian ( V C ).
Gambar 3. Bentuk Fisik Sensor TGS 2611
(Sumber: Figaro USA, Inc) [5] .
Gambar 4. Rangkaian Sensor TGS 2611 (Sumber: Figaro USA, Inc) [5] .
Gambar 5. Sensitivitas Sensor TGS 2611. (Sumber: Figaro, USA) [5] .

## METODOLOGI
Perancangan dimulai dengan membuat  blok diagram  penelitian.  Seperti  yang  terlihat  pada gambar 6 di bawah ini:
Gambar 6. Diagram Penelitian

## Pembuatan Alat
Pada tahap pembuatan alat dibuat suatu blok diagram fungsional dari rangkaian yang direncanakan.  Pembuatan  rangkaian  dilakukan secara  bertahap  pada tiap-tiap  blok  untuk mempermudah  pembuatan  alat.  Adapun  alat  yang dibuat  untuk  dapat  mengukur  nilai  sebaran
konsentrasi  gas  metana  yang  terkandung  dalam tumpukan  sampah  di  lokasi  TPA,    yaitu  dengan menerapkan  prinsip  kerja  dari  sensor  TGS  2611 yang  dirancang  memiliki  resistansi  yang  akan berubah  apabila  sensor  tersebut  mendeteksi kandungan  gas  metana  (CH 4 ).  Sistem  alat  ini meliputi  rangkaian  sensor  TGS  2611,  modul mikrokontroller Arduino Uno, dan LCD.
Gambar 7. Skema Rangkaian Alat Deteksi Gas Metana.

## Pengujian Sensor TGS 2611
Untuk mengetahui bagaimana respon sensor terhadap  keberadaan  gas,  maka  harus  dilakukan pengujian  terhadap  sensor  TGS  2611.  Gas  yang digunakan  dalam  pengujian  ini  yaitu  gas  butana, dikarenakan  gas  butana  lebih  mudah  didapatkan daripada  gas  metana.  Pengujian  dilakukan  dengan cara  memasukkan  gas  butana  yang  terdapat  di dalam  korek  api  dengan  jumlah  gas  tetap  pada sebuah pet suntik yang di dalamnya sudah dipasang sensor TGS 2611. Kemudian volume ruang dari pet suntik  divariasi.  Nilai  tegangan  sensor  diamati perubahannya.
Gambar 8. Proses Pengujian Sensor Studi Pustaka Survey Lokasi Pengujian Alat Pembuatan Alat Pengukuran Kesimpulan

## Pengambilan Data
Proses pengambilan data dilakukan setelah sistem  alat  sudah  terangkai  dan  dapat  berfungsi dengan baik. Data yang diukur pada tahap ini yaitu sebaran  gas  metana  yang  terdapat  pada  tumpukan sampah  di  TPA,  nilai  sebaran  gas  yang  terukur dapat  ditampilkan  pada  layar  LCD  dalam  bentuk tegangan. Model pengukuran yang dilakukan untuk mengukur  sebaran  gas  metana  yaitu  mengukur terlebih  dahulu  daerah  tanpa  sebaran  gas  metana yang dijadikan titik acuan 0 (daerah tanpa ada gas). Selanjutnya  melakukan  pengukuran  pada  daerah timbunan  sampah  dengan  cara  meletakkan  sensor di atas tumpukan sampah kemudian nilai tegangan yang muncul pada layar LCD diamati perubahannya.  Data  yang  didapat  dari  penelitian dinormalisasi yang kemudian dibuat grafik contour 2  dimensi  dengan  menggunakan  aplikasi  Matlab. Pola  grafik  yang  dihasilkan  dianalisis  pola persebarannya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Pengujian Sensor TGS 2611
Berdasarkan  dari  hasil  pengujian  sensor TGS  2611  yaitu  dengan  jumlah  gas  yang  sama tetapi  variasi  ruang  yang  berbeda,  menunjukkan bahwa  semakin  meningkatnya  jumlah  volume ruang  di  dalam  pet  suntik  menyebabkan  nilai tegangan sensor semakin kecil. Hal ini dikarenakan semakin  besarnya  ruang  di  dalam  pet  suntik menyebabkan  pergerakan  gas  semakin  luas sehingga  gas  yang  mengenai  sensor  akan  semakin berkurang  hal  ini  ditunjukkan  dengan  semakin menurunnya nilai tegangan sensor.
Tabel 1. Hasil pengujian sensor TGS 2611 No.
Volume Pet Suntik (ml) Tegangan (Volt) 1 20 2,27 2 25 2,14 3 30 1,95 4 35 1,88 5 40 1,82 6 45 1,73 7 50 1,60
Hasil  dari  keseluruhan  komponen  alat deteksi  gas  metana  ditampilkan  pada  gambar  4.3. Alat deteksi gas metana yang dihasilkan merupakan gabungan  dari  rangkaian  sensor  TGS  2611, Mikrokontroller Arduino UNO, dan LCD 16x2.
Gambar 10. Alat Deteksi Gas Metana
Cara  penggunaan  dari  sistem  alat  deteksi  gas metana ini yaitu dengan cara menghubungkan port kabel tegangan Arduino dengan sumber tegangan 5 volt  yang  bisa  didapatkan  dari  sumber  daya powerbank .  Sedangkan  sensor  diletakkan  secara langsung  di  atas  tumpukan  sampah.  Kemudian ditunggu  sampai  nilai  tegangan  yang  terbaca dilayar LCD stabil.

## Hasil  Deteksi  Sebaran  Gas  Metana  di  TPA Pakusari
Pengujian  sistem  alat  deteksi  gas  metana dilakukan  di  TPA  Pakusari.  Pengujian  dilakukan dengan  cara  mengukur  secara  langsung  sebaran konsentrasi  gas  metana  di  atas  tumpukan  sampah. Keberadaan  gas  metana  yang  terdeteksi  dapat diketahui  dengan  semakin  meningkatnya  nilai tegangan  dari  sensor  yang  ditampilkan  pada  layar LCD.
Gambar  11.  Pola  Persebaran  Gas  Metana  Hasil Pengukuran
Untuk  memperhalus  pola  contour  pada gambar  11  dilakukan  pengolahan  data  dengan menggunakan  metode central  difference ,  yaitu membangun  data  baru  diantara  titik-titik  data pengukuran  yang    dapat  dilakukan  dengan  cara mencari  rata-rata  keliling  diantara  data-data tersebut.
Gambar  12.  Pola  Persebaran  Gas  Metana  di  TPA Pakusari Berdasarkan dari pola pemetaan sebaran gas metana  pada  gambar  12  dapat  dianalisis  bahwa sebaran  gas  metana  tidak  tersebar  secara  merata atau  konsentrasi  gas  metana  tersebar  secara  acak. Hal ini disebabkan karena komposisi sampah yang tidak  sama  dan  ketinggian  sampah  yang  tidak teratur disetiap titik pengukuran.
Gas  metana  dalam  jumlah  besar  tersebar merata di sepanjang titik 1 sampai titik 4 di lintasan 12  sampai  15  dengan  nilai  normalisasi  berkisar  di antara  0,475  sampai  0,831.  Kondisi  sampah  pada daerah  ini  merupakan  tumpukan  sampah  organik limbah pasar dalam keadaan kering dan basah. Gas metana  tersebar  acak  di  sepanjang  lintasan  9 sampai 13 berada pada titik 9 sampai 12, lintasan 1 sampai 7 titik ke 4 sampai 11, lintasan 1 dan 2 titik ke  11  dan  19,  lintasan  ke  6  sampai  8  titik  ke  21. Kondisi  sampah  pada  daerah  ini  berupa  campuran sampah  organik  dan  anorganik  yang  sudah mengering,  dan  juga  tumpukan  sampah  dalam keadaan relatif tinggi.  Gas metana juga  tersebar di beberapa titik tertentu yaitu di lintasan ke 3 titik ke 1, lintasan ke 13 titik ke 8 dan 15. Kondisi sampah pada  daerah  ini  berupa  campuran  sampah  organik dan  anorganik  yang  sudah  mengering,  tetapi tumpukan  sampah  dalam  keadaan  tidak  terlalu tinggi.
Selain dari daerah yang disebutkan di atas merupakan  daerah  dengan  jumlah  gas  metana relatif  kecil  atau  mendekati null  set ,  keadaan dimana  tidak  terdapat  adanya  gas  metana  dengan nilai  normalisasi  mendekati  0.  Hal  ini  disebabkan daerah  sampah  pada  keadaan  tersebut  berupa campuran  sampah  organik  dan  anorganik  yang sudah  mengering  dengan  tumpukan  sampah  relatif rendah. Pada lintasan ke 11 sampai 14 pada titik ke 21 hampir tidak terdapat tidak terdapat gas metana karena  daerah  tersebut  berada  dipinggir  dimana komposisi  sampah  hampir  tidak  ada  atau  berupa daerah tanah.
Berdasarkan  dari  penelitian  di  TPA Pakusari,  dapat  disimpulkan  bahwa  sistem  alat instrumentasi  yang  telah  dibuat  dapat  berfungsi dengan baik untuk  mendeteksi keberadaan sebaran gas metana di TPA Pakusari. Kelebihan dari sistem alat  ini  yaitu  lebih  mudah  dan  efisien  dalam mengetahui keberadaan gas metana pada tumpukan sampah.  Selain  itu,  sistem  alat  deteksi  gas  metana
yang telah dilengkapi dengan sensor gas metana ini lebih  praktis  dan  mudah  dibawa  kemana-mana. Kekurangan  dari  alat  ini  yaitu  masih  belum  bisa membaca nilai konsentrasi gas metana.

## KESIMPULAN
Pada  sistem  alat  deteksi  gas  metana  sensor TGS  2611  dirangkai  seri  dengan  resistor  2,2  kΩ, yang  selanjutnya  rangkaian  tersebut  diaplikasikan dengan Arduino UNO dan LCD yang dihubungkan dengan  sumber  tegangan  5  volt.  Untuk  melihat sensor  yang  didesain  berfungsi  atau  tidak, dilakukan  pengujian  rangkaian  sensor  dengan menggunakan gas butana yang terdapat pada korek gas  yang  dimasukkan  ke dalam pet suntik. Jumlah gas  butana  di  dalam  pet  suntik  dibuat  tetap  tetapi volume  ruang  dari  pet  suntik  divariasi.  Hasil  dari pengujian yaitu ketika volume ruang dari pet suntik 20  ml  nilai  tegangan  sensor  2,27  volt  dan  ketika volume  pet  suntik  50  ml  nilai tegangan sensor  1,6 volt.  Dengan  demikian,  semakin  besar  volume ruang dari pet suntik menyebabkan gas butana yang mengenai  sensor  semakin  berkurang    sehingga menyebabkan nilai tegangan sensor menurun.
Hasil  pengukuran  sebaran  konsentrasi  gas metana  di  TPA  Pakusari  Jember  menggunakan sensor TGS 2611  menunjukkan bahwa sebaran gas metana tidak tersebar secara merata. Nilai tegangan sensor  terbesar  berada  pada  daerah    tumpukan sampah  organik  yang  masih  basah  dengan  nilai 1,30 volt. Sedangkan nilai tegangan terkecil berada pada  daerah  tanah  dengan  nilai  0,23  volt.  Pada daerah  tersebut  hampir  tidak  terdapat  gas  metana karena  nilai  tegangan  yang  terukur  beda  tipis dengan  nilai  tegangan  yang  terukur  pada  ruang tanpa ada gas metana yaitu 0,22 volt.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hadnyanawati, H. 2003. Pengolahan Sampah . Universitas Jember. Jember. [2]  Mulyono.  2014. Membuat  MOL  dan  Kompos dari  Sampah  Rumah  Tangga .  Jakarta:  PT.
AgroMedia Pustaka.
[3]  Indarto,  A.  M.  2007.  Pengaruh  Kematangan Sampah  Terhadap  Produksi  Gas  Metana (CH4)  di  TPA  Putri  Cempo  Mojosongo. Tesis . Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
[4]  Petruzella,  F.  D.  2001. Elektronika  Industri .
Yogyakarta: Andi Offset.
[5]  Figaro  USA  Inc.  Tanpa  Tahun.  TGS  2611  for
Detection of Methane.