IV.
HASlL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasit Pengujian Sensor I Pada desain sensor yang pertama ini, perubahan temperatur yang terukul: oleh alat pemhaca temperatur sangat tinggi. Hasil yang diperoleh dari pengujian desain sensor 1 :
I
L
Gambar 14. Perubahan temperatur pada tanah liat 14
€3 1 2
e,
3
-
10
*
E
6
2 &
parirkerbgl
rimlarr pssirkerhg
z
-, 3.
. slmulasipnsibrsah
0 0
20
40
60
80
100
WsktuPalgsmntanTeropwatur(detik)
Gambar 15. Perubahan temperatur pada tanah pasir 8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
W a k t u P e n g a m ~ t R n T ~ w a t u(detik) r
Gambar 16. Perubahan temperatur pada tanah organik Pada pengujian sensor I, perubahan temperatur yang terukur pada alat pembaca temperatur jauh dari hasil simulasi. Pada desain pertama, temperatur yang terukur adalah temperatur pemanas yang telah dialiri sumber panas konstan. Hal ini terlihat pada data hasii pengukuran temperatur (gambar 14 sampai 16). Karena permasalahan ini, maka dibuatlah desain sensor 11. Pada gambar 16 unWc tanah organik kering #2 perubahan temperatur yang terukur lebii tinggi daripada organik kering #I.
Perbedaan nilai ini disebabkan oleh kontak antara pemanas dan sensor yang kurang baik. Sehimgga temperatur yang terukur adalah tempera& pemanas ymg dialiri arus konstan.
4.2 Hasil Pengujian Sensor 11 Dalam pengujian sensor digunakan tiga jenis tanah y a ~ gberbcda. Tanah yang digunakan adalah tanah liat, pasir dan organik.
Pengujian sensor dilakukan pada berbagai tingkat kelengasan tanah, mulai dari tanah basah bingga kering. Pengukrvan pada berbagai tingkat kelengasan ini dimaksudkan untuk mengetahui perambatan bahang pada berbagai jenis dan tingkat kelengasan tanah. Desain sensor dibuat seseragam mungkin supaya dalam pengukuran pengaruh sensor bisa diabaikan. Pada pengujian sensor ini, nilai yang terukur pada
multimeter adalah nilai temperatur. Perubahan temperatus sebelum dan setelah dialirkan panas dijadikan indikasi air yang terkandung di dalam tanah. Hasil pengukuran beda temperatus tanah liat #I dan #2 yang diukur pada kondisi basah bingga kering dapat dilibat pada gambar 18 dan 19, pasir #I dan #2 (gan~bar 20 dan 21), organik #I dan 112 (gambar 22 dan 23).
wakn~~m~~matonTempmilt~~(druk)
Gambar 18. Pembahan temperatur tanah liat #I pada berbagai tingkat kelengasan tanah KAT (% volume) -33
.--->, --29
...-
'-2.6
24
,
W ~ k N P m g a m ~ m T r r n (pdc u~ )~ ~ ~ ~ ~ ~
,.
.--*-2,
I
Gambar 19. Perbedm tempentur tanah liat tt2 pada berbngni tindcat kelengasan mall
KAT (%volume) -33 -"-31
--29 - 2 2 ......., 9
...-
-.-- 18
0
10
20
30
40
50
€8
70
80
90
103
I5
I
WaktuPeng~mtanTwnpmahu(dctUt)
Gambar 20. Pembahan ternperatur tanah pasir #1 pada berbagai tingkat kelengasan tanah KAT (% volume) ---33 --31
-.-
-6-29
22
../'
>
0
10
20
30
40
50
MI
70
80
90
,* "'
10)
-#-I9
..-. 18
1
W&tuPslsarmtanTaquahu (d&)
Gambar 21. Pembahan temperatur tanah pasir #2 pada berbagai tingkat kelengasan tanah
-
KAT (% volumc) >*
.*-
33
--31
WakhtPengRrnalaaTmqemhu'(de6k)
Gambar 22. Pembahan temperatur tanah organik #1 berbagai tingkat kelcngasan tanah KAT (%volume)
WnktuPfn~arnatanTrmpw~hu (dm)
I
Gambar 23. Pembahan temperatur tanah organik #2 pada berbagai tit~gkatkelengasan tanah
pori tanah. Senlakin besw pori tanah, maka air yang tersimpan dalanl tanah akan lebii banyak. Berdasarkan hasil simulasi dan pengamatan, pa5ir kering memiliki pembahan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan tailah liat dan tanah organik. Pada kondisi basah, perubahan temperatur pasir lebih rendah dibandingkan dengan tanah liat dan tanah organik. Akan tetapi, perubahan temperatur tanah pasir #2 pada kondisi jenuh lebih tinggi daripada tanah organik dan liat Agar mendapatkan gambmn pada tanah ke~ingataupun basah, maka dibuatlah gafik perubahan temperatur berdasarkan interval KAT. Jii perubahan tempentur dikelompokkan berdasarkan interval kadar air tanah, maka diperoleh grafik berikut :
Berdasarkan data di atas, perubahan temperatur pada tanah kering lebih tinggi dibandingkan dengan tanah basah. Kapasitas panas yang dimiliki oleh air adalah sekitar 4.18 J g " R'lebih besar dari kapasitas panas udan dan mineral tanah. Kapasitas panas yang tinggi menyebabkan kenaikan temperatur yang kecil. Sehingga tanah basah akan menghasilkan kenaikan temperatur yang lebih rendah daripada tanah kering pada dosis panas yang sama. Kondisi ini tejadi untuk semua jenis tanah yang digunakan dalam proses pengujian alat. Besar kecilnya perubahan temperatur tidak hanya disebabkan oleh kapasitas panas, tetapi juga dipengaruhi oleh sifat fisik tanah itu sendiri. Sifat fisik tanah yang berpengaruh, antara lain : tekstur tanah, massa jenis tanah, pori-
/./"
Interval
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KAT (% volume)
-0.3
A
100
WaktuPwsamntnsT~c1.~NI'(dcULI)
I
Gambar 24. Pembahan temperatur tanah liat #1 pada berbagai intewal KAT
Interval KAT (% volume)
.--
0.5
.--6.10 --11-15
-16-20 .-
21-25
--26-35 .--. .mlarililtkaing .--.+ ~ m l s sliatbanh i 0
10
20
30
40
50
M)
70
80
90
i
100
WakttuPengnla~tnnTcd"p~zhlr (detlk)
I
Gambar 25. Perubahan temperatur tanah liat #2 pada herbagai interval KAT
13
I
1
Gambar 26. Pembahan temperatur tanah pasir #I pada berbagai interval KAT
Intenjal KAT (96volume ) --6-10
--11-15 --16-20
--21-25 --26-35
0
20
40
60
80
100
W ~ k ~ P e ~ g r m t a n T e o l p a(detik) .~tw
Gambar 27. Pembahan temperatur tanah pasir #2 pada berbagai interval KAT
lntelvd KAT (% volumc)
-*--
0.5
+-6-10 11-15
-16-20 --
21-25 26-35
-n i n u l a i x q m k k q
---
I
rmlsner@mlba&
I
Gambar 28. Perubahan temperahir tanah organik #1 pada berbagai interval KAT
Intend KAT (% volume) -0-5
4-6-10
---
11-15 16-20 21-25
--
26.35
I
1
Gambar 29. Perubahan temperatur tanah organik #2 pada herhagai interval KAT Setelah dilakukan pengelompokkan perubahan temperatur berdasarkan interval KAT, semakin terlihat bahwa perubahan temperatur pada pasu #2 sangat berbeda dengan hasil simnlasi. Ada beberapa ha1 yang menyebabkan kondisi ini, misalnya : jatak antar pemanas dengan sensor suhu, ada kemungkinan bahwa pemanas tidak kontak langsung dengan tanah, sehingga pada smt
diberi panas yang konstan, maka temperatur yang terukur adalah temperatur udam di sekitar media yang dipanaskan. Untuk melihat konsistensi sensor KAT maka dibuatlah gnfik hubungan KAT untuk tanah liat, pasir dan organik. Gtafik ini dibuat untuk tanah yang berada pada kondisi keting dan basah.
4.0
"#
3.5 3.0
v
a
z
t
C: 33!
2.5
U'
,.
2.0
&
*" B ,
1.5
/
P
PI
k n i s Tanah : '- liatkering -..~..-p,,&rk&,g
*
,
.F(
1.0
/,/=.'
0.5
/ - C
__-m-
0.0 r. ..--0
10
20
30
40
W*Pmgamatm
50
60
70
80
90
100
Tmpmm(dct&)
Gambar 30. Data Pengamatan berbagai jenis tanah pada kondisi kering (Kadar Air 4 0 % ) 4.0 3.5
0 O!
3.0
3 %
2-5
8 h
Jenis Tanah :
2.0
-
1.5
g
1.0
-
--a---parirbar* organkbrrnh
m'
P
liatbarah
'...
a
0.5 0.0
" -" -.."'-
&-.-
0
10
*--i-=-''-.
a- 2 ' -
"%-'.-"---
20
30
40
50
60
70
80
90
100
WaktuPeng~matmnTempwatur (detik) Gambar 3 1. Data Pengamatan berbagai jenis tanah pada kondisi basah (Kadar Air >30%) Pada kondisi kering, perubahan temperatur pada pasir lebih tinggi dibandiigkan dengan liat dan organik. Pada kondisi ini, sifat termal tanah sangat dipengaruhi oleh variasi sifat mineral tanah. Hal ini sesuai dengan nilai konduktivitas pasir (6.4 x 10-3 cal cdl deg.I sec-I) lebih besar dibandiigkan konduktivitas liat (2.88 x 10-3 cal cm-' deg-' sec-') dan organik (2.70 x 10-4 cal cm-I deg-' sec-I), (Rosenberg, 1974). Nilai konduktivitas tanah menunjukkan besamya panas yang bisa dialikan (La1 dan Manoj 2004). Semakin besar nilai konduktivitas tanah maka nilai
perubahan temperatur juga akan semakin tinggi. Pada pasir basah, pcmbahan temperatur lebib rendab dibandingkan dengan dua jenis tanah yang lain. Pada kondisi basah, sifat termal tanah lebih banyak dipengaruhi jumlah air yang terkandiig dalam tanah dibandiigkan variasi sifat mineral tanah. Untuk mengetahui tingkat aktuasi sensor, maka dalam proses pengukuran perubahan temperatur digunakan dua ulangan. Hasil pengamatan doa buah sensor pada masingmasing jenis tanah dapat dilihat pada ganlbar 32 higga gambni 34 :
0
20
40
60
80
100
WsktuPa%gamatanT~ntpa~hu. (dm)
Gambar 32. Perubahan ternperatur untuk liat #I, #2 dan lmsil simulasi
Ei
$
5.0 4.5
,#
4.0 3.5 3.0
8 2.3
--pa*"v*ung --pasir bs&
C
.-, s
2.0
1 1
- ' - *,mlrrip.rir*erng
1.5
r
/.,.-
e, 1.0
rimlnripuirbsr*
,A? ",C_
,,,#
0.5 0.0
p~.,,..,.*.&-*',,'a'"-'-
P"..
0
,
defggL 20
40
60
80
100
WalrtuPen~amatnnTclnpc~~)hu. ( d m )
Garnbar 33. Perubahan temperatur untuk pasir dan hasil simulasi
0
20
40
60
SO
WakhtPslgnmatnnTanpaatur ( d m )
Gambar 34. Perubahan suhu untuk organik #I, #2 dan h a i l simulasi 17
Gambar 32 sampai 34 menunjukkan tingkat konsistensi dan a h i sensor. Jika sensor dibuat sesetagam mungkin, maka akurasi pengamatan yang diperoleh akan semakin tinggi. Hal ini terbukti pada dua jenis tanah (liat dm organik) dimana pembahan subu yang terjadi mengikuti fungsi waMu dan tingkat kelengasan tanah. Untuk pasir, terdapat perbedaan hasil pengamatan antara sensor #1 dan #2. Pada sensor pasir #I, h a i l pengamatannya menunjukkan adanya konsistensi antara fungsi w a h dan suhu pada berbagai tingkat kelengasan tanah. Akan tetapi, pada sensor pasir #2 karena jarak antara pemanas dan sensor temperatur terlalu dekat maka pembahan snhu yang terukur lebih tinggi dari pembahan temperatur yang seharusnya. Kendala yang sering terjadi dalam proses pengujian adalah kawat pemanas sering putus. Untuk mengatasi ha1 ini, disarankan menggunakan resistarice wire yang berdiameter lebih besar. Jarak antara pemanas dan sensor temperatur juga h m s konsisten supaya perambatan panas bisa seragam untuk semua sensor. KAT dapat dinyatakan dengan dua cam, yaitu pembahan temperatur sebagai parameter 30
konstan dan pembahart waktu sebagai parameter konstan. Kenaikan temperatur secara signifikan mulai terlihat setelah 60 detik. Jadi, untuk desain dan pengukuran KAT selanjutnya bisa dilakukan hingga detik ke 60. Pengukuran temperahu atau waktu pengamatan sebagai parruneter konstan memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Hal ini tergantung pada kemampum hardware dan sojhare yang digunakan. Jika pembahan temperatur dijadikan sebagai parameter konstan, inaka dibutuhkan kemompuan sofmare yang bisa mencatat waktu untuk mencapai pembahan temperahlr tertentu. Sedangkim jika waktu pengamatan yang dijadikan parameter konstan maka h m s dibuat alat ukur temperatur yang akurat. Selain graNc yang menyatakan hubungan antam waktu dan pembahsn temperatur, dari data pengamatan juga bisa diperoleh informasi laju penurunan KAT pada temperatur mangan dan juga p f i k yang menyakan hubungan antara KAT d m pembahan temperatur pi~daberbagai jenis tanah.
I\
KAT (4b Volume)
Gambar 35. hubungan KAT dengan pembahan temperatur
I
Jika dalam pengujian sensor, waktu pengamatan dijadikan parameter konstan, maka hams dibuat alat ukur temperatur yang memiliki akurasi tinggi. Setiap kenaikan suhu sebesar 0.l0C menyebabkan error dalam pengukuran KAT sebesar 1-5 persen. 100
Jika resolusi alnt t~kwtemperatur semakin tinggi maka akurasi pengukuran juga akan semakin tinggi. Sehingga pengukuran KAT dengan prinsip penghaniburan panas bisa dijadikan alat uktu KAT yang memiliki akurasi dan resolusi yang tinggi.
, Pcmbahan Ternperslur
90
I
80
-
0.1 0.2 0.3 0.4
r -g
.'
0.5 q . 6
5
';60
0.7 0.8
h (L
so
2;
0.9
40
-AT :0.IaC
%
-AT
1
$30
: 0.TC AT :0.3%
-AT : 0.4-C 20 10
-
I T _ T -
--
AT :0.5-C
- - --AT : 0.bC .- AT : 0.7?'C AT OO%C
0
-AT 0
5
I0
15
20
25
30
KAT (?6 volume) 1
O W
3 5 - - - ~ ~I T
Gambar 36. hubungan KAT dengan waktu pengamatan
Jika dalam pengujian sensor, perubaban temperatur dijadikan parameter konstan, maka barus dibuat alat ukur waktu (cozmter) yang memiliki akurasi tinggi. Setiap kenaikan waktu sebesar 10 detik menyebabkan error dalam pengukuran KAT sebesar 1-5 persen. Kisaran nilai ini masih berada dalam akurasi pengukuran KAT. Dalam pengkuran KAT dengan pembaban tempemtur sebagai parameter konstan, waktu pengamatan yang menunjukkan nilai KAT mulai terliat nyata setelab 60 detik atau setara dengan perubaban suhu sebesar 0.6OC @ada I(AT 05 persen). Semakin lama waktu yang digunakan dalam pemberian dosis panas maka penghamburan panas tanah akan semakin terliat jelas. Waktu yang digunakan juga harus dibatasi, karena pemberian dosis panas yang terlalu lama dapat melelehkan isolator. Jika pembaban waktu dijadikan parameter konstan, maka perubaban temperatur yang menunjukkan nilai KAT mulai terlihat nyata setelab tempemtw naik
Nyan atau tidaknya sebesar 0.6"C. pembaban wakta dan pezubahan temperatur ditentukan (dilihat) dari slope g a f k yang dillasilkan oleh setiap data. Pada pengukuran !CAT, setiap jenis sensor dan metode yang digunakan memiliki kelebihan dan kekurangm masing-masing. Begitu juga dengan sensor IOlT yang didesain pada penelitim ini. Kelebihan pengukuran KAT dengan prinsip penghambwan panas tanah adalab bisa mengukur KAT baik pad5 kondisi basah d m kondisi kering, Selain itu pengukuran KAT dengan p ~ s i pini bisa digunakan untuk berbagai jenis tanab tanpa dipengarubi oleh sifat dielektrik tanah.
