PENGEMBANGAN SENSOR KETINGGIAN AIR (WATER LEVEL) DENGAN MENGGUNAKAN PENDEKATAN ELEKTRODA RESISTANSI
WIRANTO
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
RINGKASAN
WIRANTO. Pengembangan Sensor Ketinggian Air (Water Level) dengan Menggunakan Pendekatan Elektroda Resistansi. Dibimbing oleh BREGAS BUDIANTO. Banyaknya perubahan fisik lingkungan yang disebabkan oleh suatu peristiwa alam. Yang kadang menjadi suatu masalah apabila sudah mengganggu dan mengancam kehidupan manusia seperti banjir, sehingga memberikan suatu pemikiran apa sebab dan akibat untuk kedepannya. Banjir adalah debit aliran sungai (limpasan) lebih besar dari normal. Limpasan atau debit aliran sungai dapat diukur dengan menggunakan AWLR (Automatic Water Level Recording). Kurangnya alat yang tersedia sekarang ini, mengakibatkan pengkajian sifat DAS kurang optimal. Pada kenyataannya, dalam pengukuran Tinggi Muka Air dapat menggunakan suatu alat yang sederhana dengan harga murah serta didukung dengan teknologi yang cukup memadai. AWLR dengan menggunakan pendekatan elektroda resistansi merupakan pengembangan sensor ketinggian air dengan sistem pembuatan yang cukup sederhana dan mampu dioperasikan dengan menggunakan teknologi yang sekarang sedang dikembangkan. Perancangan AWLR (Automatic Water Level Recording) sensor resistance wire FCHW2 yang memiliki nilai resistansi 157 ohm per meter dan sukar teroksidasi. Dengan menggunakan metode lilitan pada pipa, resistansi pada kedua sensor akan dihubungkan oleh sifat resistansi air namun sifat resistansi ini akan diabaikan dengan resistasi sensor yang sangat tinggi dan jarak kedua sensor yang sangat dekat. Dengan menggunakan prinsip elektron pada sifat elektrokimia air, nilai resistansi pada kedua sensor tersebut dihubungkan secara seri oleh resistansi air. Variasi nilai resistansi yang dihasilkan akan berbading terbalik dengan nilai Tinggi Muka Air (TMA), semakin tinggi permukaan air maka nilai resistansi yang dihasilkan semakin kecil dan sebaliknya semskin rendah permukaan air maka semakin tinggi nilai resistansi yang dihasilkan sensor. Oscilator merupakan rangkaian elektronik yang mampu membangkitkan pulsa dari variasi nilai RC. Dengan memanfaatkan rangkaian multivibrator astable IC 555 maka variasi nilai frekuensi akan didapat jika RC pada rangkaian elektronik dihubungkan secara seri dengan nilai resistansi yang dihasilkan sensor. Perubahan permukaan air akan menyebabkan perubahan nilai resistansi dan mempengaruhi variasi fungsi frekuensi oscilator IC 555.
PENGEMBANGAN SENSOR KETINGGIAN AIR (WATER LEVEL) DENGAN MENGGUNAKAN PENDEKATAN ELEKTRODA RESISTANSI
WIRANTO
Tugas Akhir Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
Judul
: PENGEMBANGAN SENSOR KETINGGIAN AIR (WATER LEVEL) DENGAN MENGGUNAKAN PENDEKATAN ELEKTRODA RESISTANSI
Nama
: WIRANTO
NRP
: G24103039
Menyetujui, Pembimbing
Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl NIP. 132 089 516
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP. 131578806
Tanggal disetujui:
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Wonogiri pada tanggal 07 Desember 1984 sebagai anak kedua dari dua bersaudara dari pasangan Bpk. Samino dan Ibu Handayani. Tahun 1997 penulis lulus dari SDN 2 Waleng, Tahun 2000 lulus SMPN 1 Sidoharjo dan tahun 2003 penulis lulus dari SMUN 2 Wonogiri. Kemudian pada tahun 2003 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur SPMB Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru dan diterima pada Program Studi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama menjalani studi, penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan, diantaranya sebagai Staf Departemen Ketatalaksanaan Kegiatan Khusus Himpunan Profesi Mahasiswa Meteorologi IPB pada tahun 2004-2005, Ketua Umum Himpunan Profesi Mahasiswa Meteorologi IPB HIMAGRETO pada tahun 2005-2006. Penulis pernah mewakili Mahasiswa Meteorologi IPB dalam Pembentukan Himpunan Mahasiswa Meteorologi Indonesia HMMI pada Kongres I dan II tahun 2006-2007. Dan selama masa studi penulis aktif dalam kepanitiaan kegiatan kemahasiswaan. Penulis melaksanakan Praktek Lapang Di Perusahaan umum Jasa Tirta I WS Bengawan Solo, Surakarta selama 2 bulan yaitu pada bulan Juli – Agustus 2006.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir yang berjudul “ Pengembangan Sensor Ketinggian Air (Water Level) dengan Menggunakan Pendekatan Elektroda Resistansi” Banyak pihak yang ikut memegang peranan yang cukup besar dalam rangka penulisan Tugas Akhir ini, oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Bapak Ir. Bregas Budianto, Ass. Dpl. Sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. Bapak Yon Sugiarto, M.Sc sebagai dosen pembimbing akademik yang telah memberikan nasehat. Kedua orang tua dan semua keluargaku yang selalu memberikan semangat dan dukungan. Staff dan crew workshop instrumentasi Geomet (bengkel) yang tercinta. Teman-teman angkatan 40 dan semua civitas GFM Semua pihak yang telah membantu dalam proses penyelesaian tugas akhir dan penulias tugas akhir.
Penulis menyadari bahwa dalan penulisan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi perbaikan-perbaikan kedepan. Semoga Tugas Akhir ini dapat menjadi masukan bagi perkembangan informasi dan bermanfaat bagi ilmu pengetahuan.
Bogor, April 2008
Penulis
vii
DAFTAR ISI Halaman
DAFTAR ISI ...........................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xi I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 1 1.2. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 1 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Aliran Sungai .............................................................................................. 1 2.2. Hidrograf ..................................................................................................... 1 2.3. Pengukuran Tinggi Muka Air ....................................................................... 2 2.4. Instalasi AWLR ........................................................................................... 2 2.5. Sumur Peredam ........................................................................................... 2 2.6. Alat Pengukur Tinggi Muka Air .................................................................. 2 2.6.1. Alat Ukur Tinggi Muka Air Manual ................................................ 2 2.6.2. Alat Ukur Tinggi Muka Air Otomatis (AWLR) ............................... 4 2.7. Perangkat elektronik .................................................................................... 8 2.7 1. Pembangkit Pulsa 555 ..................................................................... 8 2.7.2 Hambatan Listrik ............................................................................ 9 2.7.3. Resistance Wire ............................................................................... 9 2.7 4 Korosi ............................................................................................. 10 III. METODOLOGI 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................... 12 3.2. Bahan dan Alat............................................................................................. 12 3.3. Metode Penelitian......................................................................................... 12 3.3.1. Studi Literatur ..................................................................................... 12 3.3.2. Pemilihan Jenis Sensor ....................................................................... 12 3.3.3. Simulasi dan Pembuatan Sensor .......................................................... 12 3.3.4. Simulasi dan Pembuatan Rangkaian Elektronik .................................. 13 3.3.5. Uji Coba Sensor ................................................................................. 13
viii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Sensor Resistance Wire ................................................................................ 14 4.2. Prinsip Kerja Sensor ..................................................................................... 14 4.3. Ketahanan Korosi......................................................................................... 14 4.4. Simulasi Sensor............................................................................................ 15 4.5. Pembuatan Sensor ........................................................................................ 15 4.5.1 Sensor Prototipe I................................................................................. 15 4.5.2 Sensor Prototipe II................................................................................ 16 4.5.3 Sensor Prototipe III .............................................................................. 18 4.6 Simulasi dan Pembuatan Rangkaian Elektronik ............................................. 26 4.7 Kesetabilan Catu Daya terhadap Oscilator ..................................................... 29 4.8 Uji Kestabilan Sensor .................................................................................... 29 V. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 31 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... ........ 32 LAMPIRAN ................................................................................................................ 33
ix
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1 Hidrograf Daerah Playa, Australia Selatan............................................... 1 Gambar 2 Contoh Penempatan Staff Gauge ............................................................ 2 Gambar 3 Model Sumur Peredam.. .......................................................................... 2 Gambar 4 Visualisasi Staff Gauge ........................................................................... 3 Gambar 5 Contoh Staff Gauge................................................................................. 3 Gambar 6 Alat Ukur TMA Jenis Rol ....................................................................... 3 Gambar 7 Pengukuran Solint Water Level Meters.................................................... 4 Gambar 8 AWLR Richard ....................................................................................... 4 Gambar 9 AWLR tipe H-334................................................................................... 4 Gambar 10 AWLR OTT Thalimedes ....................................................................... 5 Gambar 11 Skematik AWLR OTT Thalimedes........................................................ 5 Gambar 12 Sonic Water Level Meter....................................................................... 5 Gambar 13 Solint Reelogger Water Quality and Level Meter................................... 5 Gambar 14 AWLR Jenis Tekanan Air ..................................................................... 6 Gambar 15 Skematik Sensor Jenis Tekanan Air ....................................................... 6 Gambar 16 AWLR Jenis Manometer ....................................................................... 6 Gambar 17 AWLR Jenis Ultrasonic Level Sensor 5600-0157 .................................. 7 Gambar 18 Skematik Penempatan Sensor Jenis Ultrasonik ...................................... 7 Gambar 19 Skematik Pemasangan AWLR Jenis Radar ............................................ 7 Gambar 20 AWLR Jenis Gelembung....................................................................... 7 Gambar 21 Skematik Pemasangan AWLR Jenis Gelembung ................................... 8 Gambar 22 Skematik Rangkaian Astable 555 .......................................................... 8 Gambar 23 Bentuk Gelombang Pulsa Rangkaian Astable Multivibrator ................... 9 Gambar 24 Korosi ................................................................................................... 10 Gambar 25 Skematik Resistansi Sensor ................................................................... 12 Gambar 26 Metode Lilitan 2 Kawat Sensor dalam 1 Pipa......................................... 12 Gambar 27 Fuji Resistance Wire FCHW2................................................................ 14 Gambar 28 Proses Resistansi Sensor........................................................................ 14 Gambar 29 Uji Ketahanan Korosi ............................................................................ 14 Gambar 30 Hasil Uji Ketahanan Korosi ................................................................... 15 Gambar 31 Simulasi Pembuatan Sensor................................................................... 15 Gambar 32 Sensor Prototipe I.................................................................................. 16
x
Gambar 33 Model Resistansi Sensor Prototipe I ...................................................... 16 Gambar 34 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe I .......................................................... 16 Gambar 35 Sensor Prototipe II................................................................................. 17 Gambar 36 Model Resistansi Sensor Prototipe II ..................................................... 17 Gambar 37 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe II Setelah Korosi ................................. 17 Gambar 38 Sensor Prototipe III ............................................................................... 18 Gambar 39 Model Resistansi Sensor Prototipe III .................................................... 18 Gambar 40 Uji Coba Sensor Sensor Prototipe III (Tahap I)...................................... 18 Gambar 41 Nilai Resistansi Pengukuran .................................................................. 18 Gambar 42 Proses Uji Coba Tahap I ........................................................................ 19 Gambar 43 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap I terhadap Air PDAM) .. 19 Gambar 44 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap I terhadap Air Asam) .... 20 Gambar 45 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap I terhadap Air Kolam) ... 20 Gambar 46 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap I terhadap Air Garam) ... 21 Gambar 47 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap I terhadap Air Basa)...... 21 Gambar 48 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap I terhadap Air Sungai)... 22 Gambar 49 Uji Coba Sensor III (Tahap II)............................................................... 22 Gambar 50 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap II terhadap Air PDAM) . 23 Gambar 51 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap II terhadap Air Asam) ... 23 Gambar 52 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap II terhadap Air Kolam).. 24 Gambar 53 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap II terhadap Air Garam).. 24 Gambar 54 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap II terhadap Air Basa)..... 25 Gambar 55 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Uji Tahap II terhadap Air Sungai) . 25 Gambar 56 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Pada Suhu < 5 oC) ......................... 26 Gambar 57 Hasil Uji Coba Sensor Prototipe III (Pada Suhu > 25 oC) ....................... 26 Gambar 58 Diagram Elektronik Sensor.................................................................... 27 Gambar 59 Elektronik Sensor .................................................................................. 27 Gambar 60 Hubungan Frekuensi Teoritis dengan Frekuensi Pengukuran ................. 28 Gambar 61 Frekuensi 1 Meter dan Frekuensi Simulasi 3 Meter................................ 28 Gambar 62 Uji Oscilator terhadap Catu Daya .......................................................... 29 Gambar 63 Kestabilan Sensor pada TMA 35 dan 40 cm........................................... 29
xi
