III. METODE PENELITIAN A. TEMPAT DAN WAKTU PELAKSANAAN Kegiatan penelitian ini dilaksanakan selama tiga bulan terhitung dari 1 september 2011 sampai dengan 1 November 2011 di laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, di leuwikopo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian IPB.
B. BAHAN DAN PERALATAN Dalam penelitian ini dilakukan dua kegiatan yang bertahap yaitu pembuatan alat penetrometer digital dan pengambilan data. Pembuatan penetrometer digital diperlukan beberapa perangkat alat dan bahan. Perangkat tersebut terbagi menjadi dua diantaranya yaitu perangkat mekanik dan elektronik. Oleh sebab itu, bahan dan alat digolongkan sebagai berikut: 1. Bahan-bahan dikelompokkan menjadi (1) Bahan perangkat mekanik penetrometer, yang berupa: Besi pejal (27 mm), besi ring, stainless steel pejal (12 mm), stainless steel (16 mm), mur, baut, akrilik dan lem akrilik, dempul dan cat. (2) Bahan-bahan perangkat elektronik penetrometer terdiri dari: mikokontroler ATmega 8535, sensor ultrasonik ranger, sensor suhu (IC LM35), penguat(resistor, kapasitor, kabel, tinol, IC LM358, sensor regangan (strain gage), LCD 2x16, kabel, tinol, resistor, zener 4.7 volt dan 6.1 volt, papan PCB dan sikrng 0.5 ampere. (3) Bahan yang digunakan untuk pengujian alat terdiri dari: Beban 3kg, kg sebanyak 10 buah, Plat besi, Tali besi baja. 2. Alat-alat dikelompokan menjadi: (1) Alat-alat untuk pembuatan perangkat elektronik penetrometer terdiri dari: komputer (dengan kelengkapan software codevisionAVR dan VisualBasic), solder, multitester, obeng. (2) Perangkat alat untuk pembuatan mekanik penetrometer yaitu mesin bubut, komputer (dengan kelengkapan software AutoCAD), mesin bubut, las listrik, gergaji besi, dan peralatan bengkel lainnya. (3) Perangkat alat untuk pengujian terdiri dari alat tulis, kalkulator, multitester dan timbangan. Peralatan pendukung lain yang digunakan untuk pembuatan penetrometer digital adalah kamera digital yang digunakan untuk merakan dan mendokumentasikan pengujian.
C. TAHAPAN PENELITIAN Tahapan penelitan merupakan langkah untuk merancang dan membangun sebuah alat. Dengan adanya tahapan penelitan konsep kerja dari pembuatan alat akan berjalan secara sistematis. Adapun tahap penelitian yang disajikan dalam gambar berdasarkan konsep perancangan teknik yang terdapat dalam buku Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.
26
Mulai
Identifikasi Permasalahan Analisis Masalah
Konsep Desain Analisis Desain dan Pembuatan Gambar
Pembuatan Prototipe Uji Fungsional
Berhasil
Modifikasi Tidak
Uji Kinerja Ya Berhasil Ya seles Gambar 23. Bagan metodologi penelitian Indentifikasi masalah merupakan langkah awal dalam prosedur perancangan alat. Pada tahap ini indentifikasi masalah-masalah yang muncul pada penetrometer yang sudah ada. Penetrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kekuatan tanah. Akan tetapi penetrometer yang ada masih menggunakan tipe analog dan mekanis dengan menggunakan jarum penunjuk skala untuk menunjukan nilai pengukuran. Dalam penggunaan penetrometer analog dan mekanis membutuhkan tiga orang dalam pengukuran hal ini akan sangat tidak praktis dan akan menimbulkan kesalahan membaca. Setelah tahap identifikasi masalah yang terdapat pada alat penetrometer analog yang sudah ada maka dilakukan analisa permasalahan, hal yang dilakukan yaitu mendapatkan solusi yang tepat untuk permasalahan yang ada dengan kebutuhan yang diharapkan. Pada tahap analisis masalah yang terjadi adalah membutuhkan banyak orang untuk mengoperasikan penetrometer analog, sehingga perlu adanya desain penetrometer yang dapat dioperasikan hanya satu orang dalam pengoperasian alat dan dapat 27
memperoleh hasil pengukuran penetrasi serta kedalaman tanah. Pemecahan masalah ini yang akan diterapkan dalam mendesain penetrometer digital. Konsep dan analisa desain dan pembutan gambar kerja dilakukan untuk menentukan bahan, ukuran, serta mekanisme bagian-bagian alat yang akan dirancang. analisa perancangan yang dilakukan terdiri dari: 1) perhitungan desain rangkaian elektronik 2) perhitungan desain rangkaian mekanik. Pada tahap ini dijelaskan pada bab analisis desain penetrometer. Setelah semua di analisis maka tahapan selanjutnya adalah pembuatan mesin dengan dimensi yang sebenarnya sehingga alat penetrometer tanah dapat dipergunakan langsung untuk pengukuran penetrasi tanah. Metode pengujian yang dipergunakan adalah metode uji fungsional dari masing-masing elemen mesin yang telah digabungkan. Komponen alat penetrometer tanah tersebut akan diuji apakah berfungsi dengan baik atau tidak. Salah satu uji dari penetrometer tanah yaitu dengan mengadakan uji kaliberasi seluruh alat. Apabila tidak berfungsi secara baik maka akan dilakukan analisis rancangan kembali. Setelah tahap uji fungsional dengan baik, tahap selanjutnya adalah uji kinerja dari rancangan. Dari tahap ini uji kinerja dari prototipe penetrometer digital yaitu tingkat ketepatan dan ketelitian alat.pada tahap ini akan dibahas lebih lanjut pada bab hasil dan pembahasan.
D. TAHAPAN PENGUJIAN Untuk tahapan pengujian dari penelitan terbagi menjadi dua tahapan yaitu tahapan kalibrasi alat dan tahapan pengolahan data.
D.1. Kalibrasi Tahap pengujian diawali dengan melakukan kalibrasi penetrometer. Bagian-bagian penetrometer yang akan dikalibrasi antara lain kalibrasi sensor penguat strain gage, kalibrasi sensor suhu, dan kalibrasi sensor ultrasonik ranger (sensor kedalaman). Penguat strain gage dikalibrasi dengan pemberian beban yang teratur. Pada setiap penambahan beban tegangan yang keluar dari AVO meter akan terbaca secara teratur pula. Keluaran tegangan akibat dari pembebanan akan tercatat dan akan diolah lebih lanjut. Kalibarasi suhu IC LM35 dilakukan dengan membandingkan keluaran suhu di LCD dengan alat pengukur suhu yang sudah terkalibrasi akurat. Untuk kalibrasi sensor kedalaman yaitu dengan menentukan keluaran jarak yang ada di LCD dengan membandingkan secara langsung alat pengaris yang memiliki ketelitian sampai satuan milimeter. Kemampuan alat pengukur penetrometer ditentukan dengan beberapa parameter yang ditentukan oleh Holman (1985) sebagai berikut: a.
Kepekaan alat, adalah perubahan penunjukan nilai input perperubahan nilai output.
b.
Keteliatan alat, adalah besarnya penyimpangan yang dilakukan oleh instrumen untuk Masukkan yang telah diketahui.
c.
Ketepatan alat, adalah kemampuan alat untuk menunjukan kembali angka tertentu untuk ketelitian yang telah diketahui.
d.
Kemapubacaan adalah selang nilai parameter yang dapat diukur oleh instrumen.
28
Untuk memperoleh kemampuan alat penetrometer tanah. Pengujian penetrometer dilakukan pada penguat operasional, sensor gaya, sensor suhu, dan cincin tranduser.
D.2. Pengolahan Data Kalibrasi Pengolahan data kalibrasi sensor strain gage, sensor suhu, sensor kedalaman dan hubungan antara sensor suhu dengan sensor kedalaman yaitu dengan menggunakan metode persamaan regresi. Dalam bentuk yang paling sederhana yaitu satu peubah bebas (X) dengan satu peubah tak bebas (Y) mempunyai persamaan :
Y=a+bx
(12)
Disini a disebut intersep dan b koefisien arah. Dalam pengertian fungsi persamaan garis Y = a +bx hanya ada satu yang dapat dibentuk dari dua buah titik denagn koordinat yang berbeda yaitu (X1, Y1) . Hal ini berarti kita bisa membuat banyak sekali persamaan garis dalam bentuk lain melalui dua buat titik yang berbeda koordinatnya/tidak berimpit. Persamaan garis melalui dua buah titik dirumuskan sebagai berikut :
Y Y1 Y2 Y1
X X1 X2 X1
(13)
Hubungan antara nilai massa dengan tegangan yang keluar akan menjadi acuan dasar dari persamaan untuk pemrograman di mikrokontroler. Data yang terolah dengan persamaan regresi kemudian menentukan nilai R maka data tersebut layak untuk dijadikan acuan. Selain itu, hubungan antara suhu dengan sensor kedalaman akan dibandingkan karena berdasarkan teori tentang kecepatan suara, keceptan suara pada udara dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain. Yang cukup diperhitungkan adalah perubahan suhu dari udara karena sensor kedalaman akan ditempatkan di ruangan terbuka yang terkena panas matahari langsung. 1. Pengolahan data kalibrasi gaya. Pengkalibrasian cincin tranduser dilakukan dengan memberikan taraf beban mati, yaitu pada beban mati 3 kg, 6 kg, 9 kg, 12 kg, 15 kg, 18 kg, 21 kg, 24 kg, 27 kg, dan 30 kg. Dengan memberikan beban mati tersebut cincin tranduser akan memperoleh nilai tegangan yang kemudian akan dibentuk suatu persamaan regresi dan korelasi data data dengan menggunakan MS Exel. Persamaan regresi tersebut akan menjadikan acuan pada pembentukan program yang akan diolah oleh mikrokontroler menjadi nilai penetrasi tanah. 2. Pengolahan data kalibrasi sensor ultrasoanik ranger Pengukuran kalibrasi sensor kedalaman dengan menggunakan sensor ultrasonik ranger sangat sederhana yaitu dengan mengukur jarak sensor dengan menggunakan penggaris. Taraf jarak yang 29
digunakan yaitu: 60 cm, 55 cm, 50 cm, 45 cm, 40 cm, 35 cm, 30 cm, 25 cm, 20 cm, 15 cm, 10 cm dan 5 cm. Keluaran dari data kalibrasi keluaran jarak dengan satuan centimeter. Pengukuran sensor jarak dilakukan pada waktu yang berbeda-beda untuk mendapatkan pengaruh suhu dengan dengan kecepatan rambat dari sensor ultrasonik ranger. 3. Pengolahan data kalibrasi sensor suhu IC LM35 Pengukuran sensor suhu dengan menggunakan IC LM35 yang persamaan kalibrasinya sudah ada di internet. Pengkalibrasian suhu yaitu dengan membandingkan alat suhu yang sudah ada dengan sensor suhu pengkalibrasian dengan menggunakan taraf suhu yaitu: 29 oC, 30 oC, 31oC, 32 oC, 33 oC, 34 oC dan 35 oC. Pengukuaran yang dihasilkan nilai keluaran ADC dan suhu pada layar digital.
30
