pengesan (detector)

BAB 12

PETROCHEMICAL ENGINEERING DEPARTMENT POLITEKNIK KUCHING SARAWAK

PENGESAN (DETECTOR) OBJEKTIF :

MENERANGKAN PENGGUNAAN PENGESAN DALAM KEBAKARAN

MENGENALPASTI JENIS –JENIS PENGESAN

MENERANGKAN BAGAIMANA PENGESAN BEKERJA

G2010 : INSTRUMENTATION WORKSHOP PRACTICE BAB 12 :PENGESAN

GENERASI GEMILANG NEGARA MAJU 156

Pengenalan

Pemasangan alat pengesan kebakaran di sesebuah bangunan adalah sangat penting.

Tujuan pengesan kebakaran untuk mengesan kebakaran diperingkat awal. Biasanya alat

pengesan kebakaran ini diletakkan di bahagian atas tempat yang akan dilindungi. Alat

pengesan kebakaran ini direka khas bagi mengesan sesuatu kebakaran yang menghasilkan

kesan haba, asap, api atau bahangan.

Pengesan (Detector)

Terdapat berbagai-bagai jenis alat pengesan kebakaran. Alat pengesan ini terbahagi

kepada 4 jenis yang utama iaitu pengesan gas, api, asap dan haba.

Pengesan Gas

Di loji terdapat rangkaian pengesan dan berjenis-jenis pengesan digunakan.

Kebiasaannya pengesan diletakkan di kawasan proses, saluran masuk dan di kawasan

tertutup (bilik operasi atau tempat simpanan bahan mentah).

Sistem pengesanan gas terdiri daripada:

a. Pengesan yang diletakkan di setiap tempat di loji.

b. Panel analisa pengesan gas yang mengandungi modul analisa mengesan gas.

Amaran gas yang perlu dikesan kehadirannya adalah gas yang membantu pembakaran

(oksigen), gas yang mudah terbakar dengan sendiri apabila terdedah ke atmosfera dan

gas beracun seperti gas hidrogen sulfida. Pengesan gas ini mampu memberikan

amaran awal tentang kehadiran gas-gas yang dinyatakan.

12.1

12.2

12.2.1



i) Pengesan Gas Hidrogen Sulfida (H2S)

Ini adalah gas beracun dan tidak berwarna, mudah terbakar, kepekatan rendah

dan boleh menyebabkan pengsan (tidak sedar) dengan cepat apabila terhidu ia.

Jika terdedah pada jangkamasa yang lama boleh menyebabkan kematian. Lebih

berat berbanding udara (S.G = 1. 1895) udara 1.0. Julat letupan adalah 4.3% -

45.5% dan suhu penalaan 500oF.

Pengesan menggunakan kaedah set elektrokimia (polarographic). Ia

menggunakan gas pemilihan membran (TFE) dan dua membran elektrolit yang

dimasukkan ke dalam satu elektrolit. Gas yang masuk akan meresap melalui

membran ke elekrolit dan teroksida. Ianya adalah berkadaran dengan kandungan

gas yang masuk. Maka ia akan menghasilkan arus yang berkadaran dengan

kepekatan gas. Arus ini kemudiannya dipicu dan dikuatkan sebelum dihantar ke

meter atau penggera.

ii) Pengesan Gas Oksigen

Ia menggunakan dua kaedah pengesanan yang utama seperti berikut:

a) Sel elektrokimia (galvani) - Menggunakan membran pemilihan (FEP),

dua elektrod yang tidak sama bahan dan elektrolit.

b) Sel elektrokimia (polarographic) - Menggunakan membran pemilihan,

dua elektrod yang sama bahan dan elektrolit. Ia. menggunakan voltan

yang tetap untuk mengurangkan oksigen pada katod. Arus yang terhasil

dalam litar adalah berkadaran dengan kandungan (kepekatan) oksigen.

iii) Pengesan Gas Karbon Dioksida

Menggunakan prinsip pengesanan yang sama dengan pengesanan gas

oksigen tetapi elektrod dan elektrolit sahaja yang, berbeza.



Rajah 12.1: Sel Elektrokimia

iv) Pengesan Gas Mudah Nyala

Pengesan gas mudah nyala mengesan gas yang mudah nyala dan memulakan

penggera bila kepekatan kandungan gas melebihi paras preset penggera (Paras

minimum yang telah disetkan untuk mengaktifkan penggera). Ianya telah

direkakan dengan menyediakan dua paras pengesanan gas iaitu satu paras pada

20% LEL dan satu lagi pada paras 50 % LEL. Jadual 12.1 menunjukkan jenis-

jenis gas berserta batas pembakaran masing-masing.

Merujuk kepada jadual 12.1 didapati asetilena mernpunyai batas pembakaran

yang tinggi. Oleh itu ia mudah menyala dengan sendirinya dan mudah

berlakunya letupan. Gas ini mempunyai suhu penalaan yang sangat rendah, (low

ignition temperature) dan had letupan rendah (Lower Explosive Limit). Had

letupan rendah (LEL) adalah peratus gas di dalam udara yang mana

ia membolehkan letupan berlaku.

Apabila peratus campuran gas tersebut di atas paras had letupan tinggi

(Upper Explosive Limit) maka tiada letupan boleh berlaku kerana

kandungan oksigen pada paras ini adalah rendah. Bagaimanapun gas

yang tidak perlu dikesan adalah gas lengai. Gas ini adalah gas yang tidak mudah

terbakar dan tidak menyokong pembakaran. Ianya meliputi gas nitrogen, argon

dan helium.



Jadual 12.1 : Batas LEL dan UEL bagi gas

Untuk menentukan paras LEL dan UEL sesuatu gas, ia perlu ditentukurkan

terlebih dahulu. Sebagai contoh jika meter ditentukurkan dalam metana maka

bacaan untuk gas yang lain adalah bacaan metana didarabkan dengan CF bacaan

gas tersebut. Bacaan adalah dalam LEL.

Nota :

LEL = Lower Explosive Limit

UEL = Upper Explosive Limit

CF = Calibration factor

Prinsip pengesanan gas mudah nyala

Terdapat dua keadah pengesanan asas iaitu :

a) Kaedah pembakaran katalis

Kaedah ini menggunakan sepasang elemen pengesan, di mana salah satu unsur tersebut adalah sangat peka terhadap kehadiran gas mudah nyala (platinum atau bead (pellistor)) dan satu lagi tidak peka (non-sensitif atau elemen peka (tindakannya adalah seperti kehadiran pemangkin dalam proses). Ini menaikkan suhu dan mengakibatkan rintangan elektrik pada lengan tetimbang menjadi tidak seimbang dan menyebabkan isyarat keluaran terhasil. Isyarat ini adalah berkadaran dengan kepekaan gas. Isyarat ini kemudiannya dikuatkan dan dirakamkan atau ditunjukkan pada meter dan seterusnya mengaktifkan litar penggera. Elemen yang tidak peka pula berfungsi menghapuskan perubahan (menyingkirkan ralat) yang berlaku didalam suhu sekitar.



Rajah 12.2 :Kaedah pembakaran katalis

b) Kaedah pengaliran separuh pengalir

Penyerapan gas yang mudah nyala pada permukaan bahan separuh

pengalir jenis-N dan oksida logam akan menyebabkan pengaliran yang

tinggi dalam separuh pengalir. Pengaliran ini ditukarkan dalam bentuk

keupayaan elektrik. Rajah 12.3 menunjukkan litar ringkas pengaliran

separuh pengalir

Rajah 12.3 : Kaedah pengaliran separuh pengalir



Pengesan Api/ Bahangan

Cara-cara di bawah adalah kaedah yang berkesan bagi mengesan api.

i. Kepanasan (Penjanaan haba)

ii. Kebolehan mengalirkan arus elektrik (Pengionan)

iii. Radiasi (Radiation)

a) Boleh nampak (Visible)

b) Inframerah (Infrared)

c) Ultralembayung (Ultraviolet)

i. Kaedah Pengesan Api

Setiap kebakaran akan menghasilkan wap panas atau juga di kenali dengan bahangan atau

pancaran. Bahangan ini terbentuk dalam tiga bentuk iaitu cahaya boleh nampak (visible

light), inframerah dan bahangan ultralembayung. Kesemua perkara-perkara ini akan

bergerak dalam bentuk gelombang bahangan dari punca kebakaran ke tempat-tempat lain.

Oleh itu alat pengesan paling baik digunakan untuk mengesan adalah dari jenis pengesan

bahangan (radiation detector). Dalam hal ini kaedah pengesanan cahaya boleh nampak tidak

boleh digunakan kerana alat pengesan tidak akan dapat membezakan cahaya yang datang

samada dari kebakaran atau punca-punca yang lain seperti lampu dan cahaya matahari.

Rajah 12.4 : Panjang Gelombang

12.2.2



ii. Pengesan inframerah (Infrared Detector)

Binaan alat pengesan ini adalah terdiri daripada satu kanta dan penapis bagi

menumpukan bahangan infra merah supaya menuju ke sel foto elektrik dan dan

gelombang bahangan akan dihantar ke satu lagi penapis dan penguat, pengamil

(integrator), pemasa (timer) dan seterusnya ke sistem penggera.

Apabila berlaku kebakaran, bahangan infra merah yang terhasil akan masuk ke dalam

alat pengesan dan bahangan tersebut akan ditapis dan akan ditumpukan ke sel foto

elektrik oleh kanta. Kenudian sel foto elektrik akan menguatkan isyarat sebelum

menghantar isyarat tersebut kepada pengamil dan seterusnya kepada pemasa.

Biasanya matahari dan alat pemanas dapat menggeluarkan gelombang bahangan infra

merah. Gelombang bahangan ini adalah dalam lengkungan 4 Hz - 15 Hz. Maka penapis

dan penguat berfungsi untuk menyukat bahangan inframerah yang diterima dalam

lingkungan 4Hz hingga 15Hz. Sekiranya gelombang bahangan yang diterima itu dalam

lingkungan di atas, ia akan menghantarkan isyarat ke pemasa dan pemasa ini akan

membunyikan siren. Proses ini biasanya akan memakan masa selama 2 - 15 saat.

Rajah 12.5 : Pengesan Inframerah



iii. Pengesan Ultralembayung (Ultra-Voilet Detector)

Pengesan ini bekerja hampir sama dengan pengesan pengionan (ionisation detector).

Ia mengandungi satu tiub yang mengandungi gas (gas filled tube). Pengesan ini

disambungkan ke penguat, litar pengesan dan terus ke geganti dan loceng amaran.

Apabila berlaku kebakaran, bahangan ultra-violet akan masuk ke dalam kebuk

(chamber) dan masuk di celah-celah tiub yang mengandungi gas. Arus elektrik akan

terhasil di celah-celah dua elektrod gas dan tiub gas akan menjadi alat pengalir

elektrik.

Apabila arus elektrik yang mengalir lebih besar daripada yang disetkan di penguat,

maka geganti penggera akan terputus serta merta dan akan menyebabkan loceng

amaran berbunyi. Pancaran matahari atau lampu tidak akan menganggu alat tetapi ia

lebih sensitif apabila terdapat percikan api elektrik seperti percikan kimpalan dan lain-

lain. Sesuai digunakan di pelantar minyak, gudang dan tangki simpanan minyak.

Rajah 12.6 : Pengesan ultralembayung



Pengesan Asap (Smoke Detector)

Pengesan asap biasanya berbentuk bulat dan di tepinya terdapat lubang-lubang halus untuk

membenarkan asap dan udara masuk ke dalamnya. Pengesan asap biasanya diletakkan jauh

daripada lubang angin dan ianya diletakkan di atas bangunan. Sekiranya pengesan ini terletak

berhampiran dengan lubang angin maka kecekapan pengesan ini akan berkurangan. Antara

kaedah mengesan asap yang penting sekali ialah jenis pengesan pengionan dan pengesan jenis

‘obscuration’.

i. Pengesan pengionan (Ionisation Detector)

Badan pengesan ini merupakan satu tabung bulat dan memanjang dan terdapat jejaring

dawai halus dibahagian tepi sebelah bawahnya. Ini bertujuan untuk membenarkan

udara dan asap masuk ke dalam kebuk.

Di dalam kebuk ini ia dilengkapkan dengan dua elektrod yang disambungkan kepada

dua dawai melalui penguat dan terus ke litar amaran. Di bahagian atas di sebelah dalam

dipasangkan dengan sumber radio aktif. Dalam keadaan biasa, pengerakan ion-ion di

antara dua elektrod akan mengurangkan halangan angin dan akan menyebabkan hanya

sedikit arus elektrik yang mengalir keluar ke litar. Oleh kerana arus elektrik ini rendah,

maka penguat akan dapat menguatkan arus ini.

Apabila berlaku kebakaran, asap akan masuk ke dalam kebuk dan akan melekat kepada

ion-ion kerana tarikan kuasa elektrik dan akan melambatkan pengerakan. Ini akan

menyebabkan arus elektrik berkurangan.

Apabila ia terjadi dan jumlahnya di bawah takat yang dihadkan, penguat akan

membunyikan amaran. Dalam keadaan biasa punca cahaya yang dipancarkan akan terus

memancarkan cahayanya secara melintang. Tetapi apabila berlaku kebakaran, asap yang

masuk akan menghalang pancaran cahaya tadi dan dengan ini akan menyebabkan

cahaya itu akan terpesong ke set foto elektrik.

12.2.3



Rajah 12.7: Keadaan pengesan semasa normal

Rajah 12.8: Keadaan pengesan semasa kebakaran (Bekerja)



ii. Jenis Obscuration

Dalam keadaan biasa, cahaya yang dipancarkan dari punca cahaya akan melalui satu

kanta bagi menumpukan cahaya ke sel foto elektrik. Apabila berlaku kebakaran, asap

akan masuk ke dalam kebuk dan dengan itu cahaya akan terhalang dari terkena sel foto

elektrik dan maka ia akan menyebabkan loceng amaran berbunyi.

Rajah 12.9: Keadaan pengesan jenis obscuration semasa normal

Rajah 12.10: Keadaan pengesan jenis obscuration semasa kebakaran(bekerja)



Pengesan Haba (Heat Detector)

Pengesan haba ini direka bagi mengesan api atau kebakaran di peringkat awal. Ia adalah

lebih baik kerana mampu mengesan semasa haba mula terhasil. Alat ini adalah alat

pengesan yang awal sekali dicipta bagi tujuan mengesan kebakaran.

Pengesan ini bekerja dengan beberapa cara. Antaranya:

i. Peleburan atau pelakuran logam (Melting or fusion in metal)

ii. Pengembangan pepejal, cecair dan gas.

iii. Menggunakan kesan elektrik.

a) Pengesan Haba ‘DIMAC’

Apabila berlaku kebakaran dimana suhu di dalam bangunan atau kawasan meningkat

di dalam lingkungan 49oC hingga 144°C, maka fius penyambung akan putus dan akan

menyebabkan loceng amaran berbunyi.

Rajah 12.11: Keadaan pengesan haba ‘DIMAC’ semasa normal (tiada kebakaran)

12.2.4



Rajah 12.12: Keadaan pengesan haba ‘DIMAC’ semasa bekerja (Kebakaran)

b) Pengesan Haba ‘Break-Link Cable’

Alat ini dipasangkan pada bahagian siling bangunan dan dilengkapi dengan penebat

PVC, dawai pengalir elektrik dan spring ketegangan. Dalam keadaan biasa arus

elektrik akan mengalir melalui dawai dan bila suhu meningkat antara 49°C hingga

88°C maka fius penyambung akan terputus dan arus elektrik akan terputus dan

seterusnya akan menyebabkan loceng amaran berbunyi.

Rajah 12.13: Keadaan pengesan haba ‘Break-Line Cable) semasa normal(tiada kebakaran)



c) Pengesan Haba Menggunakan Kaedah Pengembangan.

i. Pengesan Haba ‘FIDELA’.

Ia menggunakan keluli tahan karat yang nipis. Apabila berlaku kebakaran, suhu akan

meningkat dan menyebabkan keluli mengembang. Keluli ini akan mengembang dan

membengkok ke atas sehingga menyentuh suis pengalir elektrik dan seterusnya

membunyikan loceng amaran. Biasanya logam ini akan mengembang pada suhu

65ºC.

Rajah 12.14: Keadaan pengesan haba ‘FIDELA’ semasa normal (tiada kebakaran)

Rajah 12.15: Keadaan pengesan haba ‘FIDELA’ semasa bekerja(kebakaran)

ii. Pengesan Haba 'May-Oatway

Cara alat ini bekerja adalah sama seperti pengesan jenis fidela hanya yang

membezakannya ialah pada alat ini, ia menggunakan satu tiub kaca yang diisi

dengan raksa dan dipasangkan dengan pelekat elektrik.

Apabila suhu meningkat di dalam julat yang ditentukan, dawai tembaga akan

mengembang dan tiub kaca akan bergerak. Pengerakan ini akan menyebabkan

raksa akan menyentuh kepada suis (sesentuh dawai) dan seterusnya akan

menyebabkan loceng berbunyi.



Rajah 12.15: Keadaan pengesan haba ‘May-Oatway’ semasa normal (tiada kebakaran)

Rajah 12.16: Keadaan pengesan haba ‘May-Oatway’ semasa bekerja (kebakaran)

d) Pengesan Haba Menggunakan Prinsip Pengembangan Jalur Dwilogam.

Prinsip penggunaan alat ini adalah berdasarkan kepada prinsip pengembangan logam

apabila terkena haba atau bahangan. Jenis ini banyak digunakan pada semua alat

pengesan haba. Ia merupakan gabungan dua logam yang diikatkan bersama dan

apabila terkena haba, maka logam tersebut akan mengembang. Biasanya ia dibuat dari

keluli dan tembaga.



Rajah 12.17: Pengesan haba dwi logam

i. Pengesan Haba 'Rate of Rise'

Pengesan ini adalah sama cara ianya berfungsi dengan pengesan haba dwi logam.

Kelebihan sistem ini ialah ia dipasangkan dengan hentian tetap suhu. Jika kebakaran

kecil berlaku dalam masa yang lama, alat pengesan ini juga akan dapat mengesan

kebakaran tersebut.

Rajah 12.18: Keadaan pengesan haba semasa normal (tiada kebakaran)

Rajah 12.19: Keadaan pengesan haba semasa bekerja (kebakaran)



e) Pengesan Haba Menggunakan Pengembangan Gas/Udara.

Pengesan ini biasanya menggunakan udara yang disimpan di dalam kebuk dan sistem

ini juga dikenali sebagai pengesan pneumatik. Apabila udara dalam kebuk terkena

haba atau bahangan, udara ini akan mengembang dan akan menolak diaphragm ke

atas dan akan menyebabkan ianya bersentuh dengan suis dan akan menyebabkan

loceng amaran berbunyi. Satu lubang kecil disediakan bagi membenarkan udara keluar

bagi mengawal pengembangan udara di dalam kebuk.

Rajah 12.20: (a)Keadaan pengesan semasa normal (b) Keadaan pengesan semasa bekerja

Pengesan haba ini mempunyai kelemahan. Kelemahannya ialah sambutannya

(tindakannya) adalah perlahan (2 - 3 minit) dan ia hanya mengesan kepanasan

serta tidak dapat membezakan antara kepanasan yang disebabkan oleh api dengan

kepanasan yang disebabkan oleh suhu proses (contohnya kepanasan relau atau dandang).

(a)

(b)

pengesan (detector)

Documents