PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEMPERATUR SECARA WAKTU NYATA PADA PRODUKSI BIOGAS

Prosiding Simposium Fisika Nasional XXV

ISSN 1411-4771

PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEMPERATUR SECARA WAKTU NYATA PADA PRODUKSI BIOGAS Abubakar Tuhuloula1, Iwan Sugriwan2, Slamet Riyadi2, Amar Vijai Nasrulloh2 1

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 35,8 Kampus Unlam Banjarbaru 70714 Email : [email protected] 2 Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru ABSTRAK

Proses pembuatan biogas dilakukan secara anaerob dengan bantuan bakteri anaerob dalam sebuah digester sehingga menghasilkan gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) dan asam sulfida (H2S). Kondisi lingkungan memberi pengaruh besar pada produksi biogas yaitu laju pertumbuhan mikroorganisme baik pada proses aerobik maupun anaerobik. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik antara lain temperatur, nilai pH, kadar air, rasio C/N, nutrien, dan pengatur tekanan. Fokus penelitian adalah mengembangkan sistem monitoring temperatur secara waktu nyata (real time monitoring) pada produksi biogas. Secara sistem instrumentasi, komponen utama terdiri dari sensor suhu LM35 dan mikrokontroler ATMega8535. Tegangan keluaran sensor dibaca oleh Analog to Digital Converter (ADC) internal 10 bit yang terdapat pada mikrokontroler ATMega8535. Proses kalibrasi sensor dilakukan dengan cara membandingkan tegangan keluaran sensor LM35 dengan alat ukur temperatur standar. Nilai temperatur terukur ditampilkan pada LCD 16x2 karakter dan layar monitor komputer pribadi (PC). Akuisisi data temperatur dilakukan secara real time, kontinu dan melakukan pencatatan otomatis. Hasil pengukuran pada digester biogas menunjukkan bahwa nilai temperatur yang terukur oleh termometer digital pada hari ke-1 sampai hari ke-25 berkisar antara 26,0920oC sampai 28,5116oC untuk bahan baku 7 liter kotoran sapi dan 7 liter air. Kata kunci: sensor suhu LM35, mikrokontroler ATMega8535, biogas, sistem monitoring. ABSTRACT The process biogas is carried out with anaerobic bacteria in digester that produces a gas methane (CH4) and carbon dioxide gas (CO2) that is greater than the volume of hydrogen gas (H2), nitrogen gas (N2) and sulfide (H2S). Environmental conditions give great influence on biogas production that the pace of growth of microorganisms on aerobic and anaerobic processes. The factors affecting anaerobic processes, among others, temperature, pH, water content, C/N ratio, nutrients, and pressure balance. The focus of the research is to develop a system for monitoring the temperature in real time (real time monitoring) on the production of biogas. As a major component of the instrumentation, systems composed of LM35 temperature sensor and microcontroller ATMega8535. Sensor output voltage is read by an Analog to Digital Converter (ADC) internal 10 bits found on the microcontroller ATMega8535. The process of kalibrasi censorship conducted by way of comparing an output voltage is censorship LM35 with a measuring instrument temperature standard. Value temperature unmeasured displayed on LCD 16x2 the character and the screen a personal computer (PC). The acquisition of temperature data, conducted in real time continuous and conduct of recording automatically. Measurement result at digester biogas show that the Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

381


ISSN 1411-4771

value of temperature measured by a thermometer digital on the 1st until day 25 ranges between 26.0920 oC until 28.5116 oC for raw materials 7 liter cow dung and 7 liters of water. Key words: Censorship LM35 temperature, mikrokontroler ATMega8535, biogas, monitoring system PENDAHULUAN Krisis energi yang dipicu naiknya harga minyak dunia turut menghimpit kehidupan masyarakat diberbagai lapisan di Indonesia. Hal ini semakin menyadarkan berbagai kalangan di tanah air bahwa ketergantungan terhadap Bahan Bakar Minyak (BBM) secara perlahan perlu dikurangi. Buruknya pengaruh pembakaran BBM terhadap lingkungan juga menjadi faktor pendorong pencarían dan pengembangan energi non BBM [1]. Pencarían, pengembangan, dan penyebaran teknologi energi non BBM yang ramah lingkungan menjadi penting terutama bagi kalangan miskin sebagai golongan yang paling terkena dampak kenaikan BBM. Permasalahan tersebut dapat diatasi apabila ketergantungan terhadap bahan bakar fosil dapat dikurangi. Selain itu pencarían sumber energi alternatif yang ramah lingkungan, murah, mudah diperoleh dan dapat diperbaharui perlu ditingkatkan. Salah satu energi yang dapat diperbaharui adalah energi biogas. Biogas merupakan energi yang layak dipergunakan secara teknis, sosial, maupun ekonomis terutama untuk mengatasi masalah energi yang ada di pedesaan [2]. Biogas dapat dihasilkan dari bahan organik seperti biomassa, limbah pertanian, dan kotoran hewan melalui proses fermentasi anaerobik. Gas yang dihasilkan dari proses fermentasi tersebut mengandung nilai kalor yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk memasak atau penerangan bagi rumah tangga di pedesaan. Sisa dari proses fermentasi dapat digunakan sebagai pupuk yang sangat bermanfaat bagi tanaman. Di samping itu pengelolaan limbah pertanian dan kotoran hewan, yang selama ini sering dibuang pada tempat terbuka, dapat meningkatkan kebersihan lingkungan [3]. Produksi biogas dilakukan pada sebuah reaktor (digester). Laju pembentukan gas dalam digester dipengaruhi oleh temperatur. Temperatur berhubungan dengan kemampuan bakteri yang ada dalam digester untuk melakukan proses fermentasi. Temperatur pada digester dapat diukur dengan mengunakan termometer. Termometer yang sering digunakan adalah termometer air raksa, di mana untuk membaca skala derajat suhu sering tidak akurat karena kesalahan paralaks. Termometer air raksa bersifat analog sehingga data hasil pengukuran tidak dapat mengukur secara terus-menerus, tidak dapat mengukur secara real 382

| Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012


ISSN 1411-4771

time dan tidak dapat disimpan dalam media penyimpanan. Oleh karena itu, perlu dikembangkan sebuah termometer digital yang dapat mengukur temperatur pada digester secara otomatis, terus-menerus dan real time. Termometer digital yang dibuat pada penelitian ini menggunakan sensor LM35. Selanjutnya, LM35 dihubungkan dengan mikrokontroler ATmega8535, yaitu sebuah mikrokontroler AVR 8 bit. ATMega8535 berfungsi sebagai pemeroses semua sistem yang terdapat dalam rangkaian termometer, yaitu mulai dari ambil data suhu dari LM35, mengkonversi data analog menjadi digital dan menampilkan data hasil konversi pada LCD dan PC. TEORI DAN METODE Biogas Biogas merupakan bahan bakar gas dan bahan bakar yang dapat diperbaharui (renewable fuel) yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau fermentasi anaerob dari bahan organik dengan bantuan bakteri metana seperti Methanobacterium sp. Biogas berasal dari proses penguraian bahan organik secara anaerobik (tanpa oksigen) oleh bakteri melalui tiga tahapan, yaitu hidrolisis, pengasaman (Asedifikasi), dan tahap pembentukan metana (methanasi). Proses pembentukan biogas dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Proses pembentukan biogas [4].

Digester Untuk negara tropis seperti Indonesia, digunakan digester tanpa pemanasan (unheated digester) untuk kondisi temperatur tanah 20oC sampai dengan 40oC. Bakteri berkembang dengan baik pada keadaan yang agak asam (pH antara 6,6 sampai dengan 7,0) dan pH tidak Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

383


ISSN 1411-4771

boleh di bawah 6,2. Karena itu, kunci utama dalam kesuksesan operasional biodigester adalah dengan menjaga agar temperatur konstan (tetap) dan input material sesuai [5]. Sensor Sensor adalah suatu peralatan yang dapat menerima sinyal maupun stimulus dan meresponnya dengan sinyal listrik. Stimulus dapat berupa kuantitas, sifat, maupun kondisi yang kemudian dibaca dan diubah menjadi besaran listrik [6]. Sensor suhu yang digunakan adalah LM35 yang merupakan komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 adalah IC sensor suhu yang presisi, yang tegangan output linearnya sebanding dengan suhu Celcius (Centigrade). LM35 memiliki kelebihan-kelebihan sebagai berikut : 1.

Dikalibrasi langsung dalam oCelcius.

2.

Memiliki faktor skala linear + 10.0 mV/°C.

3.

Memiliki ketepatan 0,5°C pada suhu + 25°C seperti terlihat pada Gambar 2.

4.

Jangkauan maksimal suhu antara -55° sampai dengan +150°C.

5.

Cocok untuk aplikasi jarak jauh.

6.

Harga yang cukup relatif murah.

7.

Bekerja pada tegangan catu 4 Volt sampai 30 Volt.

8.

Memiliki arus drain kurang dari 60 µA.

9.

Pemanasan sendiri yang lambat (low self – heating) 0,08°C di udara diam.

10. Ketidaklinearan hanya sekitar ± ¼ °C. 11. Memiliki impedansi keluaran yang kecil, 0,1 Ω untuk beban 1 mA.

Gambar 2. Grafik hubungan akurasi terhadap suhu untuk sensor LM35 [7].

384



ISSN 1411-4771

Akuisisi Data Akuisisi data dalam penelitian bertumpu pada mikrokontroler ATMega8535 sebagai pemeroses data, sedangkan penampil data hasil akuisisi menggunakan LCD karakter 16x2 dan personal komputer/laptop. ATMega8535 adalah low power mikrokontroler 8 bit dengan arsitektur RISC (reduce instruction set computer) dan menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus yang terpisah untuk program dan data). Mikrokontroler ini produksi dari atmel (http://atmel.com) dari seri AVR [8]. LCD tidak hanya mampu untuk menampilkan angka-angka, tetapi juga huruf-huruf, kata-kata dan semua sarana simbol, lebih bagus dan serbaguna daripada penampil-penampil yang menggunakan 7-segmen LED (Light Emiting Diode) yang sudah umum. Modul LCD mempunyai basis antarmuka (interface) yang cukup baik dan sesuai dengan sistem minimum mikrokontroler. Untuk berkomunikasi dengan komputer menggunakan proses komunikasi serial. Piranti-piranti yang menggunakan komunikasi serial meliputi: 1.

DTE = Data Terminal Equipment, yaitu komputer itu sendiri

2.

DCE = Data Communication Equipment, misalnya modem, plotter dan lain-lain.

Beberapa parameter yang ditetapkan EIA (Electronics Industry Association) antara lain: - Sebuah ‘spasi’ (logika 0) antara tegangan +3 volt hingga +25 volt. - Sebuah ‘tanda’ (logika 1) antara tegangan -3 volt hingga -25 volt. - Daerah tegangan antara -3 volt hingga +3 volt tidak didefinisikan (undefined) - Tegangan rangkaian terbuka tidak boleh lebih dari 25 volt (dengan acuan ground) Arus hubung-singkat rangkaian tidak boleh lebih dari 500 mA. Sebuah penggerak (driver) harus mampu menangani arus ini tanpa mengalami kerusakan [9]. Perangkat lunak akuisisi dikembangkan dengan Basic Compiler (BASCOM) untuk pemrograman mikrokontroler dan Visual Basic untuk antarmuka mikrokontroler dengan personal komputer. BASCOM pada dasarnya adalah sebuah software

untuk sistem

pengembang mikrokontroler yang menggunakan bahasa Basic. Visual Basic adalah bahasa pemrograman grafis yang dapat dikatakan berada diantara bahasa tingkat rendah dan bahasa tingkat tinggi. Bahasa Basic pada dasarnya adalah bahasa yang mudah dimengerti sehingga pemrograman di dalam bahasa Basic dapat dengan mudah dilakukan meskipun oleh orang yang baru belajar membuat program [10].

Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

385


ISSN 1411-4771

METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen dan bertempat di Laboratorium Instrumentasi Program Studi Fisika FMIPA UNLAM. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Seperangkat komputer lengkap dengan software Multisim 11, PCB Designer ver 1.6.0, Bahasa Pemrograman Basic Compiler (BASCOM), Bahasa Pemrograman Visual Basic 6.0, Solder, timah, penyedot timah, Printed Circuit Board (PCB) single side + kaki IC, Pelarut PCB, pena permanen, Multimeter digital,

lab link, dan kabel-kabel

penghubung, Power Supply, Termometer analog, Tabung galon air, Selang, Lem. Komponenkomponen yang diperlukan dalam penelitian ini meliputi komponen untuk rangkaian catu daya, komponen untuk rangkaian sensor suhu, modul mikrokontroler ATMega8535, LCD (Liquid Crystal Display) 16x2, Kabel DB9 pin RS-232, Kabel downloader DT-HiQ. Tahapan kerja dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Persiapan Alat dan Bahan

Pembuatan rangkaian catu daya

Pembuatan rangkaian sensor

Kalibrasi sensor suhu LM35

Pembuatan rangkaian mikrokontroler

Interface ke peraga display dan rekam data ke PC melalui Port Serial

Karakterisasi termometer digital

Pembuatan tabung reaktor (digester) biogas

Pengujian termometer digital pada tabung reaktor (digester) biogas

Gambar 3. Diagram tahapan penelitian

386



ISSN 1411-4771

HASIL DAN DISKUSI Sensor suhu LM35 dikalibrasi dengan cara menghubungkan kaki VCC dari sensor ke kaki positif +5 volt catu daya, kaki ground sensor ke kaki negatif +5 volt catu daya, kaki output sensor ke positif multimeter dan dari kaki negatif catu daya ke kaki negatif multimeter. Sensor dan termometer analog kemudian diletakkan ke dalam dalam steam generator (pemanas) untuk memanaskan es dan air, dimana posisi ujung sensor dan ujung termometer sama dan berdekatan agar diperoleh pengukuran yang sejenis. Ketika mencapai skala tertentu pada termometer maka tegangan yang terbaca pada multimeter multimeter dicatat. Susunan peralatan untuk kalibrasi ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Kalibrasi sensor LM35

Gambar 5. Grafik hasil kalibrasi sensor LM35

Grafik hasil kalibrasi sensor LM35 ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5 menyatakan perbandingan temperatur temperatur sensor dengan tegangan keluaran sensor menghasilkan persamaan karakteristik V = 0,0101T + 0,0004 volt. Persamaan karakteristik inilah yang digunakan sebagai acuan untuk menghasilkan nilai temperatur terukur pada program mikrokontroler dan program pencatatan penc data pada komputer. Palangkaraya, 19-20 20 Oktober 2012 |

387


ISSN 1411-4771

Mikrokontroler dihubungkan dengan

LCD 16x2 untuk menampilkan hasil

pengukuran. Mikrokontroler ATMega8535 dapat mengakuisisi data dengan adanya program yang dimasukkan (didownload) ke dalamnya. Program ini dibuat menggunakan bahasa pemrograman basic pada software Basic Compiler (BASCOM) AVR [11]. Diagram alir program sistem akuisis ditunjukkan pada Gambar 6 di bawah ini: Mulai

Inisialisasi

Ambil data sensor

Operasikan ADC

Ubah data ADC menjadi tegangan dan temperatur

Tampilkan nilai tegangan dan temperatur

Selesai

Gambar 6. Diagram alir program akuisi data dari mikrokontroler ke LCD

Program tampilan pada PC pada penelitian ini dibuat menggunakan software Visul Basic 6.0 yang memiliki fasilitas ComPort untuk menjalankan koneksi dengan port serial. Proses yang terjadi pada program ini meliputi inisialisasi ComPort, pengambilan nilai ADC, konversi nilai ADC menjadi nilai tegangan, konversi nilai tegangan menjadi nilai temperatur, menampilkan nilai tegangan dan temperatur pada program, serta melakukan pencatatan secara otomatis dengan penyimpanan hasil pengukuran pada file teks [12]. Diagram alir program tampilan di PC ditunjukkan pada Gambar 7. Setelah perangkat keras dan perangkat lunak dari termometer digital selesai dibuat, maka langkah selanjutnya adalah mengkarakterisasi termometer digital, data hasil karakterisasi ditunjukkan pada Tabel 1. Caranya dengan mengukur temperatur air dan es yang dipanaskan mulai dari suhu 20oC sampai 95oC. 388



ISSN 1411-4771

Mulai

Inisialisasi ComPort

Ambil data ADC Ubah nilai ADC menjadi tegangan Ubah nilai tegangan menjadi nilai temperatur Tampilkan nilai tegangan dan temperatur Simpan data pengukuran temperatur pada file teks

Selesai

Gambar 7. Diagram alir akuisisi data dari mikrokontroler ke PC

Tabel 1. Karakterisasi termometer digital

Nilai temperature T1 ( C) T2 (oC) ∆T (oC) 20 19.71 -0.29 25 25.12 0.12 30 30.06 0.06 35 35.51 0.51 40 40.02 0.02 45 44.54 -0.46 50 50.06 0.06 55 55.09 0.09 60 60.99 0.99 65 65.61 0.61 70 70.09 0.09 75 75.03 0.03 80 80.06 0.06 85 85.51 0.51 90 90.61 0.61 95 95.09 0.09 Total Error Akurasi (%) Rata-rata Error Akurasi (%) o

Error Akurasi ∆T /T1 (%) -1.4 0.48 0.20 1.46 0.05 -1.02 0.12 0.16 1.65 0.94 0.13 0.04 0.08 0.60 0.68 0.09 4.20 0.26


389


ISSN 1411-4771

Berdasarkan data hasil pengukuran alat, terdapat perbedaan nilai pengukuran. Berdasarkan perhitungan, diperoleh error akurasi rata-rata sebesar 0,26%. Sehingga, akurasi termometer digital adalah 100% - 0,26% = 99,74%. Data hasil pengukuran termometer digital ditampilkan pada LCD karakter 16x2, dengan tampilan ditunjukkan pada Gambar 6. Monitoring data pengukuran temperatur dari termometer digital yang telah dibuat juga ditampilkan pada layar monitor PC ata Laptop, dengan tampilan seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Tampilan pada Gambar 7 dikembangkan dengan bahasa Visual Basic 6.0 untuk akuisi data secara real time, pencatatan otomatis dan mengukur secara kontinu. Termometer digital diaplikasikan untuk mengukur temperatur produksi biogas pada digester biogas. Data hasil pengukuran ditunjukkan pada Tabel 2.

Gambar 6. Hasil pengukuran yang terbaca di display LCD

Gambar 7. Hasil pengukuran yang terbaca di PC

390



ISSN 1411-4771

Tabel 2. Data hasil pengukuran temperatur biogas

Hari ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Hari Minggu Senin Selasa Rabu Kamis Jumat Sabtu Minggu Senin Selasa Rabu Kamis Jumat Sabtu Minggu Senin Selasa Rabu Kamis Jumat Sabtu Minggu Senin Selasa Rabu

Temperatur (oC) 27.05988 26.09204 26.09204 26.09204 26.57596 27.05988 26.09204 26.09204 27.05988 26.09204 27.05988 27.05988 28.51164 28.51164 28.51164 27.54380 28.02772 28.51164 28.51164 28.51164 28.51164 28.51164 27.05988 27.05988 26.09204

Selanjutnya adalah mengukur temperatur biogas menggunakan termometer yang telah dibuat diperoleh bahwa kisaran temperatur mulai hari ke-1 sampai hari ke-25 pada digester adalah 26.0920oC sampai 28.5116oC. Sesuai dasar teori, temperatur yang baik untuk pembentukan gas metana adalah berkisar antara 30 oC – 35 oC [13]. Perbedaan temperatur ini disebabkan karena digester yang dibuat masih belum standar agar tidak terjadi proses transfer panas antara digester dengan lingkungan serta bahan baku biogas yang dibuat hanya 7 liter kotoran sapi dan 7 liter air, seharusnya jumlah keseluruhan bahan baku biogas adalah 100 liter untuk skala laboratorium.


391


ISSN 1411-4771

KESIMPULAN Berdasarkan data hasil penelitian serta pembahasan diperoleh kesimpulan bahwa termometer digital berbasis mikrokontroler ATMega8535 dengan memanfaatkan sensor suhu LM35 dapat mengukur temperatur pada produksi biogas. Hasil karakterisasi termometer digital menunjukkan bahwa linieritas termometer digital memiliki nilai korelasi 0,998 sedangkan persamaan karakteristik V = 0,0101 T + 0,0004 volt dengan akurasi 99,74 %. Implementasi termometer digital pada produksi biogas menunjukkan bahwa termometer digital dapat mengukur temperatur, dapat mencatat dan menyimpan data secara real time. Hasil pengukuran temperatur menunjukkan temperatur hari ke-1 sampai hari ke-25 berkisar antara 26,0920oC sampai 28,5116oC untuk 7 liter kotoran sapi dan 7 liter air. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Kementrian Riset dan Teknologi Republik Indonesia (Kemenristek RI) yang telah mendanai penelitian ini melalui skema hibah penelitian Insentif Riset Terapan, Sistem Inovasi Nasional (SINas) Tahun 2012. DAFTAR PUSTAKA 1.

Y.S. Indartono, 2005. Reaktor Biogas Skala Kecil dan Menengah (Bagian Pertama). http://www.beritaiptek.com/statisc.php Diakses tanggal 27 September 2011.

2.

M. Udiharto, M. 1982. Penelitian Teknologi Gas Bio dan Penerapannya. Pusat Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi, LEMIGAS”. Cepu.

3.

D. Wibowo, K. Rahayu, dan B. Haryanto, 1985. Gas Bio Sebagai Satu Sumber Energi Alternatif. FATETA UGM. Yogyakarta.

4.

P.J. Meynell, 1976. Methane : Planning a Digester. Prism Press. Great Britain.

5.

A. Khasristya, 2004. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Biodigester Plastik Polyethilene Skala kecil. Pertanian UNPAD

6.

J. Fraden, 2003. Handbook of Modern Sensors. Springer. California.

7.

Datasheet LM35. 2000. LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D Precision Centigrade Temperature Sensors. National Semiconductor

8.

Iswanto. 2009. Belajar Sendiri Mikrokontroler AT90S2313 dengan Basic Compiler. Penerbit Andi. Yogyakarta.

392



9.

ISSN 1411-4771

A.E. Putra, 2002. Teknik Antarmuka Koomputer: Konsep dan Aplikasi. Graha Ilmu. Yogyakarta.

10.

A. Basuki, 2006. Algoritma Pemrograman 2 Mengguunakan Visual Basic 6.0. Politeknik Elektronik Negeri Surabaya. ITS. Surabaya

11.

D. Kurniawan, 2009. ATMega 8 dan Aplikasinya. PT Elex Media Komputindo. Jakarta.

12.

E.O. Doebelin, 1990. Measurement Systems. Application And Design. Edisi ke-4. McGraw-Hill. Singapura.

13.

E.C. Price and P.N. Cheremisinoff, 1981. Biogas Production and Utilization. Ann Arbor Science Publishers Inc. United States of America

14.

P. Horowitz dan H. Winfield,1996. The Art of Electronic Second Edition. Cambridge University Press. United State of America

TANYA JAWAB: 1. Sensor yang dibuat ini dalam memonitoring temperatur pada produksi biogas, keakuaratan datanya bagaimana? Dan selain sensor temperatur yang dibuat adakah sensor lain juga dibuat? Jawab: Sensor temperatur yang dibuat ini, setelah mengalami kalibarasi menunjukan garis yang linear dengan korelasi R2 = 0998. Dan setelah dibandingkan dengan temperatur analog menunjukan hasil yang signifikan. Walaupun tidak sampai pada temperatur ideal yang diharapkan pada produksi biogas, tetapi itu bukan karena ketidakakuratan pada sensor yang dibuat, tetapi hal ini disebabkan karena selama produksi biogas, terjadi kehilangan kalor yang cukup signifikan ke lingkungan dari biodigister yang digunakan. Tetapi, ketika sensor ini digunakan pada biodigister yang ideal menunjukan hasil sangat baik (pada instalasi Biogas di daerah Sungai Riam Pelaihari Kalimantan Selatan, menujukan sensor memberikan respon positif pada pembacaan temperatur yaitu 41 – 42oC). Selain sensor temperatur yang dibuat, ada beberapa sensor juga yang dibuat antara lain, sensor untuk : tekanan, O2, CO2 dan CH4. 2. Dalam memonitoring temperatur ini, sensor yang digunakan itu adalah sensor yang sudah jadi atau/dan bagaimana efek sensor temperatur ini terhadap hasil pada produksi biogas? Jawab :

Sensor yang digunakan dalam memonitoring produksi biogas ini, sensor yang

dibuat sendiri di Laboratorium Fisika Instrumentasi FMIPA Unlam dengan membuat rangakian catu daya, pembuatan rangkaian sensornya dan rangkaian mikrokontrolnya. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

393


ISSN 1411-4771

Hasil yang ditimbulkan oleh penggunaan sensor temperatur pada produksi biogas menunjukan hasil yang signifikan, yang pada akhirnya sensor ini akan memberikan respon terhadap seberapa besar konsetrasi gas methan yang terbentuk berdasarkan data daya yang ditimbulkan setiap hari pemantauan.

394



ISSN 1411-4771

PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING KEHILANGAN MASSA PROSES PELAYUAN PADA PENGOLAHAN TEH HITAM Ade Agung Harnawan1, Iwan Sugriwan1, Oni Soesanto2, Melania Suweni Muntini3 1

Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 36 Kampus Unlam Banjarbaru Kalimantan Selatan 70714 Email: [email protected] 2 Program Studi Matematika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru 3 Jurusan Fisika FMIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya ABSTRAK Secara fisis, pelayuan merupakan proses menguapnya kadar air yang terdapat pada daun teh karena tekanan aliran udara pada palung pelayuan. Proses penguapan kadar air pada daun teh dapat dideteksi dengan mengukur kehilangan massa. Pada penelitian ini dikembangkan sistem monitoring kehilangan massa daun teh pada proses pelayuan. Sensor massa yang digunakan adalah load cell tipe single point model CZL601 yang dapat mengukur sampai dengan 20 kg. Proses kalibrasi dilakukan dengan memberikan variasi massa yaitu dengan menambahkan pemberat berupa anak timbangan (timbel) seberat 500 gr. Hasil kalibrasi terhadap load cell memberikan persamaan karakteristik V = 0,0001m + 0,2014 volt. Sistem monitoring kehilangan massa pada pengolahan teh hitam terdiri dari sebuah sensor load cell, rangkaian penguat instrumentasi, mikrokontroler serta unit peraga LCD 16x2 dan layar monitor personal computer (PC). Keluaran dari sensor berupa tegangan, selanjutnya dihubungkan dengan penguat instrumentasi yang mengaplikasikan tiga IC OP-07, selanjutnya dihubungkan dengan rangkaian mikrokontroler ATMega8535. Proses ambil data oleh sensor, konversi data analog menjadi dijital dan penampilan data sensor pada LCD karakter 16x2 menggunakan perangkat lunak Basic Compiler, sedangkan untuk proses akuisisi data pada peraga layar monitor personal komputer/laptop dikembangkan dengan bahasa pemrograman Visual Basic. Pengembangan sistem monitoring kehilangan massa pada proses pelayuan dapat menentukan derajat layu teh hitam lebih akurat. Kata kunci: CZL601, load cell, mikrokontroler ATMega8535, sensor massa ABSTRACT Physically, withering is evaporation process of moisture that contained in tea leaves because of air flow pressure at through withering. The evaporation process of moisture in the tea leaves can be detected by measuring the mass loss. This research develop monitoring system of the mass loss on the withering process. Mass sensor that used is single point load cell type CZL601 models that can measure up to 20 kg. The calibration process is done by giving mass variation of ballast weighing 500 gr. Calibration result of the load cell gives the characteristic equation V = 0,0001m + 0,2014 volt. The monitoring system of the mass loss on the processing of black tea consist of a load cell, instrumentation amplifiers, microcontrollers, LCD16x2 display units and personal computer (PC). The output voltage of the sensor connected instrumentation amplifiers that applying three of IC OP-07, then connected with microcontroller ATMega8535. The program to process of data logging from sensor, analog to digital data conversion and display data on LCD 16x2 used BASCOM, while the data acquisition on the computer is developed with Visual Basic language. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

395


ISSN 1411-4771

Development of monitoring system on the mass loss can determine degree of wilting black tea more accurate. Keywords : CZL601, load cell, microcontroller ATMega8535, mass sensor PENDAHULUAN Pengolahan teh hitam dibagi menjadi empat tahap yaitu pelayuan (withering), penggulungan dan penggilingan (rolling), oksidasi enzimatis atau fermentasi (enzymatic oxidasion, fermentation), dan pengeringan (drying). Dari keempat tahap pengolahan teh hitam, pelayuan merupakan tahap pertama dan penting dalam pengolahan teh. Pelayuan merupakan proses yang mahal ditinjau dari segi waktu, biaya dan energi. Pelayuan dilakukan untuk menyiapkan daun teh supaya siap diolah baik secara fisis maupun biokimia, untuk penggulungan yang efektif serta proses oksidasi enzimatis dan pengeringan. Proses pelayuan menghasilkan peningkatan level asam amino, kandungan kafein (caffeine content) dan aktivitas oksidasi polyphenol, mengubah kandungan klorofil (chlorophyl) dan membentuk komposisi flavor pendahuluan dengan penguapan [14]. Tahap-tahap pengolahan teh dan teknologi pendukungnya dewasa ini menjadi bidang penelitian dengan kajian multidisipliner. Penelitian-penelitian terdahulu untuk teh hitam dalam tahap pelayuan telah dilakukan studi mengenai pelayuan dingin dalam teh hitam [14]. Pada tahap penggilingan telah dihasilkan riset tentang pengolahan dengan tekanan tinggi terhadap kandungan kafein [16]. Pada tahap pemanasan (pengeringan) telah dilakukan penelitian mengenai pengamatan sampel secara on-line dengan pemanasan elektromagnetik [13], dan pengaruh pemanasan terhadap komposisi kimia [6]. Pada tahap penyimpanan telah dilakukan riset induksi radiasi gamma untuk dekontaminasi dan penyimpanan yang stabil [12]. Proses pelayuan di PPTK Gambung, Bandung, dilakukan dengan menggunakan mesin withering trough sebagai tempat daun teh dihamparkan. Daun teh segar dihamparkan pada mesin withering trough dengan ketebalan 30 cm untuk dilayukan oleh udara kering atau dengan aliran udara panas selama sekitar 20 jam. Untuk menentukan apakah daun teh telah cukup layu, diperiksa oleh para pekerja teknis di pelayuan dengan cara meraba. Segenggam daun teh dikepal sambil digulung lalu dilemparkan, jika kepalan tidak terhambur maka daun teh dianggap telah layu. Masalahnya penentuan kelayuan teh dengan menggunakan peraba tidak konsisten dan bersifat subyektif yang berakibat pada ketidakkonsistenan terhadap mutu teh hitam [7]. 396



ISSN 1411-4771

Petunjuk teknis pengolahan teh hitam menyatakan bahwa pada proses pelayuan daun teh kehilangan kadar air sebanyak 47 s.d. 50 %. Kehilangan masa yang disebabkan oleh kehilangan kadar air ini dapat digunakan untuk menentukan kelayuan daun teh yang secara kuantitatif dinyatakan dalam persentase layu dan derajat layu. Persentase layu didefinisikan sebagai perbandingan antara bobot pucuk teh segar dengan bobot layu. Derajat layu didefinisikan sebagai perbandingan berat hasil teh kering dengan pucuk layu. Kajian instrumentasi pengukuran pada proses pelayuan adalah desain dan karakterisasi load cell sebagai sensor massa untuk mengukur derajat layu pada pengolahan teh hitam [7]. Pada penentuan derajat layu juga telah dilakukan penelitian pemanfaatan load cell CZL601 untuk menentukan derajat layu pada pengolahan teh hitam berbasis mikrokontroler ATMega8 [8]. Sedangkan objek dalam tulisan ini adalah pengembangan sistem monitoring kehilangan massa berbasis mikrokontroler ATMega8535 dengan menggunakan load cell CZL601 pada proses pelayuan, yang selanjutnya terhubung dengan kompak pada sistem akuisisi data pada peraga layar monitor personal komputer/laptop dikembangkan dengan bahasa pemrograman Visual Basic. Pengembangan sistem monitoring kehilangan massa pada proses pelayuan yang berkerja secara real time memungkinkan supervisor pelayuan (mandor atau kepala pabrik) dapat menentukan kelayuan daun teh lebih terukur berdasarkan kehilangan massa teh. Teori dan Metode Pelayuan Teh Proses pelayuan teh hitam memerlukan waktu lama (14-20 jam) dengan suhu yang rendah (24 – 300C) [11]. Pada pelayuan dikenal dua perubahan pokok, yaitu perubahan fisik dan perubahan kimia. Perubahan fisik yang jelas adalah melemasnya daun akibat menurunnya kandungan air. Proses pelayuan secara fisis merupakan pelepasan air dari daun teh yang hanya mungkin terjadi dalam bentuk uap. Kalor dari udara dipindahkan ke daun hingga menyebabkan air menguap dan uap air ini akan terbawa aliran udara. Hal ini mengakibatkan penurunan tekanan uap air pada permukaan daun hingga terjadi perbedaan tekanan uap air antara air di bagian dalam daun dengan udara kering pada permukaan daun. Perbedaan tekanan uap air ini merupakan gaya dorong untuk terjadinya gerakan air dari bagian dalam daun ke permukaan [3]. Faktor penting selama proses pelayuan adalah kadar air pucuk, persentase layu dan derajat layu. Tinggi rendahnya kadar air yang terkandung dalam pucuk sangat berpengaruh Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

397


ISSN 1411-4771

terhadap jalannya reaksi kimia dan biokimia yang terdapat di dalamnya. Kadar air yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan pengenceran persenyawaan. Sebaliknya, bila terlalu rendah tidak memungkinkan terjadinya reaksi yang diinginkan [11]. Kadar air juga dapat dijadikan parameter untuk menentukan derajat layu, persentase layu, dan penguapan selama pelayuan [2]. Proses pelayuan pada pengolahan teh hitam (pelayuan fisis) sebenarnya adalah proses pengurangan kadar air dalam pucuk segar sedemikian sehingga setelah melalui pelayuan pucuk teh akan menjadi layu dengan kehilangan kadar air sampai dengan sekitar 50 %. Kehilangan kadar air selama proses pelayuan ini merupakan penyumbang kehilangan massa terbesar. Prosedur standar yang dilakukan di PPTK Gambung, Bandung, untuk pengukuran kadar air dan massa adalah segera setelah pucuk segar masuk ruang pelayuan ditimbang secara kasar dengan jembatan timbang. Pucuk segar diambil secara acak untuk diukur kadar airnya, dari proses ini akan diketahui kadar air dan berat pucuk segar. Setelah melewati waktu selama sekitar 14 sampai dengan 20 jam daun teh siap turun layu dan kembali ditimbang untuk mengetahui berat layu. Kadar air daun layu tidak selalu diukur tetapi dapat diprediksi dari massa daun layunya[11]. Metode pengujian (testing) pelayuan dengan menggunakan peraba tidak konsisten, bersifat subjektif dan tak terukur, yang dapat berakibat terhadap mutu teh yang tidak konsisten pula. Ketidakkonsistenan ini mengakibatkan citra mutu teh hitam Indonesia tidak stabil sehingga harga jual di pasaran internasional fluktuatif. Untuk mengantisipasi kondisi tersebut maka kehilangan massa pada proses pelayuan teh diukur dengan menggunakan sensor massa yang terdapat pada sistem monitoring pelayuan teh. Sistem Monitoring Pelayuan Teh Sistem monitoring pelayuan teh terdiri dari beberapa blok fungsional yang dapat ditunjukkan pada Gambar 1 berikut : Antarmuka PC/laptop Sensor Massa CZL601

Penguat Instrumentasi dengan OP-07

Mikrokontroler, ATMega8535

CATU DAYA

Gambar 1. Skema blok sistem kehilangan massa teh 398


Antarmuka ke LCD 16x2


ISSN 1411-4771

1. Pengukur massa teh menggunakan sensor Load cell CZL601 Sensor massa yang digunakan dalam penelitian ini adalah load cell single point model CZL601 yang merupakan sensor dengan ukuran yang kecil namun dengan akurasi yang tinggi. Jangkauan beban yang dapat diukur adalah antara 3 sampai dengan 20 kg. Secara fisik load cell ini ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Load cell single point [15]

Load cell dilengkapi dengan empat buah kabel yang masing-masing kabel diberi kode warna (color code) tertentu, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Tegangan +10 volt dari catu daya dihubungkan dengan kabel warna merah sebagai eksitasi positif, sedangkan ground dihubungkan dengan warna hitam sebagai eksitasi negatif. Sinyal keluaran melalui dua kabel yang masing-masing berwarna hijau untuk sinyal positif dan putih untuk sinyal negatif. Keluaran dari kabel warna hijau dan putih memiliki selisih tegangan yang akan dihubungkan dengan blok rangkaian berikutnya yaitu penguat instrumentasi. Sedangkan satu kabel lagi yang berwarna hitam, shield, tidak dihubungkan.

Gambar 3. Kode warna kabel pada load cell [15]

Langkah-langkah kalibrasi load cell dimulai dengan menghubungkan keluaran dari load cell (kabel warna hijau dan putih) dengan masukan selisih tegangan penguat instrumentasi, bagian output penguat instrumentasi dihubungkan dengan multimeter digital. Kondisi tanpa beban diset supaya nilai tegangan terbaca oleh multimeter menunjukkan nilai tegangan Vo. Selanjutnya, load cell dibebani dengan penambahan beban 500 g dan tegangan keluaran dari load cell dicatat sebagai V1. Proses dilanjutkan dengan menambahkan Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

399


ISSN 1411-4771

pembeban 500 g lagi dan tegangan keluarannya dicatat sebagai V2. Proses yang sama dilanjutkan sampai dengan pembebanan seberat sekitar 4 kg hingga dihasilkan tegangan keluaran V8. Hasil dari proses kalibrasi diplot ke dalam sebuah grafik. Dari grafik karakteristik ini akan diperoleh persamaan karakteristik yang menyatakan hubungan antara massa dan tegangan pada load cell[9]. 2. Pengondisi Sinyal Sinyal keluaran load cell mempunyai 2 buah sinyal selisih tegangan V1 dan V2 sehingga penggunaan penguat instrumentasi yang akan dimplementasikan ditunjukkan pada Gambar 4, dan digunakan tiga buah IC OP-07. Dua op-amp sebagai penguat selisih tegangan dan satu op-amp sebagai penguat non-inverting.

Gambar 4. Rangkaian penguat instrumentasi dengan OP-07[7]

Rangkaian penguat instrumentasi ini mendapat masukan dari load cell. Untuk pengukuran massa, tegangan keluaran dari load cell, kabel warna hijau, sinyal positif, dan kabel warna putih, sinyal negatif, masing-masing dihubungkan dengan kaki masukan noninverting (kaki 3 OP-07) dari kedua op-amp sebagai penguat selisih tegangan. Hasil penguatan berupa tegangan keluar dari kaki 6 op-amp ketiga, yang selanjutnya dihubungkan dengan ADC mikrokontroler ATMega8535. Ketiga OP-07 mendapat catu tegangan +10 volt pada kaki 7 dan -10 volt pada kaki 4. 3. Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 dan Peraga Sistem Mikrokontroler ATMega8535 merupakan mikrokontroler produksi Atmel dengan 8 KByte In-System Programmable-Flash, 512 Byte EEPROM dan 512 Bytes Internal SRAM [10]. Dalam ATMega8535 terdapat sebuah inti prosesor, dimana terjadi pengumpanan instruksi (fetching) dan komputasi data. Seluruh register umum sebanyak 32 buah terhubung 400



ISSN 1411-4771

langsung dengan unit logika dan aritmetika (ALU). Terdapat empat buah port masing-masing delapan bit yang dapat difungsikan sebagai masukan maupun luaran [11]. Nama-nama 40 pin mikrokontroler ATMega8535 ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Pin Mikrokontroler AVR ATMega8535[1].

Mikrokontroler ATMega8535 mempunyai ADC internal 10 bit, sehingga tidak perlu menggunakan IC ADC tambahan. Fungsi ADC terdapat pada Port A, yaitu kaki 40 sampai 33. Fungsi ADC adalah mengubah tegangan analog menjadi sinyal digital. Nilai sinyal digital hasil konversi ADC dapat dihitung menggunakan rumus berikut:

= (2 − 1)

(1)

dengan Vin merupakan sinyal analog, Vref merupakan tegangan referensi ADC, dan n adalah bit ADC [10]. Hasil pengolahan data dari mikrokontroler ditampilkan pada LCD dengan menggunakan program interface antara mikrokontroler ATMega8535 dan LCD dibuat menggunakan software Basic Compiler (BASCOM) AVR. Program yang dibuat mempunyai kemampuan untuk membaca tegangan masukan ADC, mengubahnya menjadi nilai massa terukur dan menampilkan hasil pengukuran ke LCD. 4. Sistem Komunikasi Data Komunikasi serial menggunakan sebuah transmitter untuk mengirimkan data, 1 bit pada satu waktu, melewati sebuah jalur komunikasi tunggal ke sebuah penerima. Metode ini bisa digunakan saat tingkat transfer data rendah atau saat harus mentransfer data melewati jarak yang panjang. Komunikasi serial populer karena hampir semua komputer mempunyai satu atau beberapa port serial, sehingga tidak memerlukan perangkat keras tambahan selain


401


ISSN 1411-4771

sebuah kabel untuk menghubungkan alat dengan komputer atau dua komputer bersama-sama [6]. Sinyal dari peralatan yang menggunakan logika TTL menyebabkan sinyal dari serial port harus dikonversikan dulu menjadi pulsa TTL sebelum digunakan, dan sebaliknya sinyal dari peralatan harus dikonversikan menjadi logika RS-232 sebelum dimasukkan ke serial port. Konverter yang digunakan adalah MAX-232. Dalam IC ini terdapat Charge Pump yang akan membangkitkan +10 V dan -10 V dari sumber +5 V tunggal [4]. 5. Sistem Pendukung Proses Monitoring Menggunakan Personal Komputer Interface sistem monitoring kehilangan massa dan komputer dibuat dengan koneksi RS-232 menggunakan port serial. Program interface dibuat dengan menggunakan software Visual Basic 6.0, yang mempunyai komponen MSComm untuk melakukan komunikasi serial. Program ini dilengkapi dengan fasilitas pencatatan data hasil pengukuran secara otomatis. Pencatatan dilakukan setiap detik, menit dan jam. Implementasi Sistem Semua sistem instrumentasi yang dibuat berupa sebuah prototipe untuk pengolahan teh hitam ditempatkan pada palung pelayuan di pabrik mini proses PPTK Gambung, Bandung. Sensor massa, load cell, dipasang pada rangka mekanis yang terbuat dari besi berukuran (40 x 30) cm, tempat sampel teh yang akan diukur kehilangan massanya ditempatkan pada sebuah kotak dari kayu dengan dimensi (30 x 20 x15). Salah satu ujung load cell dipasang statis pada rangka mekanik dan satu ujung lainnya dipasang tempat sampel daun teh. Semua rangkaian elektronis yang terdiri dari rangkaian catu daya, rangkaian sensor load

cell

CZL601,

pengkondisi

sinyal

berupa

penguat

instrumentasi,

rangkaian

mikrokontroler dan LCD karakter 16x2, ditempatkan dalam sebuah box yang ditempatkan pada bagian bawah rangka mekanis. Sensor load cell dihubungkan dengan box sistem akuisisi melalui kabel DB-25 pin, sedangkan antarmuka sistem akuisisi yang berbasis mikrokontroler ATMega8535 dengan personal komputer atau laptop dihubungkan melalui kabel serial RS232 DB-9 pin. Jika dihubungkan dengan laptop, maka kabel serial DB-9 pin dihubungkan dengan modul konverter RS-232 ke USB buatan parallax. Secara lengkap, protipe dari sistem instrumentasi untuk akuisisi data ditunjukkan pada Gambar 6 berikut:

402



ISSN 1411-4771

Gambar 6. Prototipe sistem instrumentasi untuk pengukuran kehilangan massa

HASIL DAN BAHASAN Hasil Kalibrasi Load Cell tipe CZL601 Sebelum diimplementasikan di industri pengolahan teh hitam, terlebih dahulu load cell harus dikalibrasi. Kalibrasi dilakukan dengan non-zero calibration pada tegangan, di mana tegangan keluaran tidak menunjukkan nol ketika belum diberi anak timbangan sebagai pembeban (tanpa pengaturan ofset nol). Timbal sebagai pembeban dikalibrasi di Laboratorium Gaya dan Massa BPFK Surabaya tanggal 7 April 2010. Anak timbangan bersertifikat yaitu: merk sartorius, model/tipe YCW 553-00, nomor seri 15929662, kelas F1 dengan nominal 500 gram. Massa konvensional anak timbangan standar adalah 499,9996 gram dengan ketidakpastian 0,63 gram. Pada waktu dilakukan kalibrasi, terdokumentasi densitas udara 7390 Kg/m3. Timbangan yang digunakan untuk mengkalibrasi timbal yaitu: merk sartorius, model/tipe CP12001S, nomor seri 161108413, kapasitas 12,1 kilogram dengan resolusi 0,1 gram. Metode kerja mengacu ke OIML R111-1 Part-1 & Part-2 Edition 2004 (E) [7]. Hasil kalibrasi terhadap delapan timbal dimana kondisi ruang ketika diambil pengukuran, suhu 23,2 ± 0,07 0C, kelembaban relatif 50,2 %RH, dan tekanan 1009,5 hPa. Timbal yang telah diketahui massa konvensionalnya digunakan sebagai data kalibrasi load cell untuk mendapatkan hubungan karakteristik antara massa, m, dengan tegangan, V. Variasi massa diperoleh dengan menambahkan timbal ke dalam keranjang yang menyebabkan perubahan tegangan yang diukur dengan multitester digital. Hasil kalibrasi load cell dengan Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

403


ISSN 1411-4771

timbal dengan grafik karakteristik yang ditunjukkan pada Gambar 7. Pada kalibrasi load cell ini dilakukan dengan cara menambahkan timbal satu per satu sampai dengan beban total sekitar 4 kilogram timbal yang selanjutnya respon tegangannya dicatat (pengukuran naik). Kalibrasi load cell juga dilakukan dengan cara pengukuran turun. Delapan timbal dengan berat sekitar 4 kilogram dimasukkan ke dalam keranjang pembeban. Timbal diambil satu persatu dan respon tegangan yang keluar dari load cell dicatat. Hasil yang diperoleh untuk pengukuran naik dan turun memberikan respon tegangan yang sama. Grafik karakteristik untuk pengukuran naik dan turun seperti pada Gambar 7 di bawah ini:

0,7

y = 0,000x + 0,201 R² = 1

0,6

Tegangan (volt)

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

1000

2000 3000 Massa (gram)

4000

5000

Gambar 7. Grafik Karakteristik Kalibrasi Load Cell [7]

Dari hasil karakterisasi pada load cell, diperoleh persamaan karakteristik V = 0.0001m + 0.2014 volt. Persamaan karakteristik ini menyatakan hubungan antara tegangan dan massa yang selanjutnya akan digunakan untuk antarmuka pada LCD. Dari grafik karakteristik Gambar 7 juga diketahui bahwa load cell telah berunjuk kerja dengan linieritas tinggi dan error histeresis yang rendah. Karakteristik load cell ini dapat digunakan untuk mengukur derajat layu pada pengolahan teh hitam dengan memanfaatkan kehilangan kadar air pada daun teh. Realisasi Sistem Monitoring Realisasi sistem instrumentasi untuk pengukuran kehilangan massa pada pengolahan teh hitam terdiri dari blok sensor massa yang menggunakan load cell tipe CZL601, blok catu daya (power supply), blok penguat instrumentasi, blok mikrokontroler dan peraga (display). Proses troubleshooting rangkaian load cell ditunjukkan pada Gambar 8. 404



ISSN 1411-4771

Gambar 8. Troubleshooting Load Cell

Blok-blok rangkaian elektronik yang terdiri dari rangkaian catu daya dan kit mikrokontroler ditempatkan di dalam cassing box ditunjukkan pada Gambar 9.

(a)

(b)

Gambar 9. Rangkaian elektronis, (a) Catu daya, (b) Sistem minimum mikrokontroler ATMega8535

Monitoring hasil pengukuran dilakukan dengan dua cara, yaitu: menggunakan liquid crystal display (LCD) yang terpasang pada chasing box alat ukur yang dibuat dan menggunakan layar monitor komputer pribadi. Tampilan LCD pada chassing box alat ukur dibuat sebagai paket antarmuka yang berhubungan dengan konfigurasi perangkat keras dan perangkat lunak yang terintegrasi dengan modul mikrokontroler yang melibatkan port input/outputnya. Sedangkan tampilan pada layar monitor PC seperti memanfaatkan antarmuka serial RS-232. Tampilan akan dibuat dengan sebuah graphical user interface (GUI) yang dibangun dengan bahasa pemrograman Visual Basic (VB) versi 5. GUI bukan hanya menampilkan hasil pengukuran parameter fisis yang diukur berupa massa, tetapi Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

405


ISSN 1411-4771

menampilkan beberapa command button yang mengkomunikasikan antara data yang terukur dengan base data MySql yang memungkinkan hasil pengukuran dapat dimonitor secara real time. Perangkat lunak yang telah direalisasikan ditunjukkan pada Gambar 10 sebagai berikut:

Gambar 10. Tampilan hasil monitoring pada layar PC atau laptop

Tahap terpenting pada proses pelayuan adalah menentukan kelayuan pucuk teh. Dalam bagian ini, sensor massa load cell dirancang untuk mengukur kehilangan massa karena kehilangan kadar air digunakan untuk menentukan kelayuan teh. Pengukuran kehilangan massa teh pada pengolahan teh dilakukan dua kali ditunjukkan pada Tabel 1. Berdasarkan data tersebut maka dapat disimpulkan semakin lama waktu pelayuan maka massa dari daun teh yang diolah semakin mengecil. Tabel 1. Pengukuran kehilangan massa teh pada proses pelayuan Pengukuran massa teh I Waktu Massa Teh (gr) 12.45 4145 13.45 3590 14.45 3400 15.45 3363 16.45 3227 17.45 3045 18.45 3000 19.45 2681 20.45 2636 21.45 2545 22.45 2363 23.45 2272 00.45 2272 01.45 2181 02.45 2095 03.45 2045 406


Pengukuran massa teh II Waktu Massa Teh (gr) 11.00 4545 12.00 4163 13.00 3881 14.00 3545 15.00 3445 16.00 3363 17.00 3227 18.00 3181 19.00 3072 20.00 3000 21.00 2881 22.00 2772 23.00 2681 24.00 2627 01.00 2545 02.00 2472


ISSN 1411-4771

KESIMPULAN Pelayuan merupakan proses menguapnya kadar air yang terdapat pada daun teh karena tekanan aliran udara pada palung pelayuan. Proses penguapan kadar air pada daun teh dapat dideteksi dengan mengukur kehilangan massa. Sensor massa yang digunakan adalah load cell tipe single point model CZL601. Hasil kalibrasi terhadap load cell memberikan persamaan karakteristik V = 0,0001m + 0,2014 volt. Sistem monitoring kehilangan massa pada pengolahan teh hitam terdiri dari sensor load cell, rangkaian penguat instrumentasi, mikrokontroler serta unit peraga LCD 16x2 dan personal computer (PC). Keluaran dari sensor berupa tegangan, selanjutnya diperkuat oleh penguat instrumentasi yang mengaplikasikan tiga IC OP-07, selanjutnya dihubungkan dengan rangkaian mikrokontroler ATMega8535. Sistem monitoring kehilangan massa pada proses pelayuan dapat mengukur kehilangan massa teh hitam dimana massa teh semakin lama dalam proses pelayuan maka massa teh akan semakin kecil. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada DP2M Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Kementrian Pendidikan Nasional (Dirjen Dikti Kemdiknas) yang telah membiayai penelitian melalui skema Hibah Penelitian Kerjasama Antar Perguruan Tinggi (Hibah PEKERTI) tahun 2012 DAFTAR PUSTAKA 1.

Atmel,. 8-bit AVR Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash. Datasheet, . 2006

2.

Bambang, Kustamiyati. Pelayuan pada Pengolahan Teh Hitam. Makalah Pelatihan Pengolahan Teh Hitam : Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung. Bandung, 2002

3.

D. Ningrat, R.G.S Soeria. Teknologi Pengolahan Teh Hitam : Penerbit ITB. Bandung, 2006

4.

D. Sutadi, I/O Bus & Motherboard : Penerbit Andi, Yogyakarta, 2003

5.

E.S. Kim, Y.R. Liang, J. Jin, Q.F. Sun, J.L. Lu, Y.Y. Du, C. Lin. Impact of Heating on Chemical Compositions of Green Tea Liquor. Food Chemistry-ScienceDirect. 103 Issue 4 (2007) 1263–1267.


407


6.

ISSN 1411-4771

Gregory, E. Serial Port Communication, http://cnx.org/content/m12293/latest/ (Diakses tanggal 2 Desember 2011)

7.

I. Sugriwan, 2010, Perancangan Sistem Instrumentasi untuk Pengukuran Derajat Layu pada Pengolahan Teh Hitam [Tesis] Surabaya(ID): Pasca Sarjana ITS.

8.

I. Sugriwan, M.S. Muntini dan Y.H. Pramono, Desain dan Karakterisasi Load Cell Tipe CZL601 sebagai Sensor Massa untuk Mengukur Derajat Layu pada Pengolahan Teh Hitam, Prosiding Seminar Nasional Fisika II, Universitas Airlangga, Surabaya, 2010

9.

I. Sugriwan, MS. Muntini, YH. Pramono. Pemanfaatan Load Cell Tipe CZL601 untuk Pengukuran Derajat Layu pada Pengolahan Teh Hitam. Jurnal Fisika Flux, 8 no 1 (2011) 49-58

10. Iswanto. Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic : Penerbit Gava Media, Yogyakarta, 2008 11. J. Santoso, R. Suprihatini, T. Abas, Rohdiana, D. Shabri. Petunjuk Teknis Pengolahan Teh. Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung: Bandung, 2008 12. J. Thomas, R.S. Senthilkumar, R.Raj Kumar, A.K.A. Mandal, N. Muraleedharan, Induction of c Irradiation for Decontamination and to Increase the Storage Stability of Black Teas. Food Chemistry-ScienceDirect. 106 Issue 1 (2008) 180-184. 13. S. Han, W. Gan, Q. Su. On-line Sample Digestion Using an Electromagnetic Heating Column for the Determination of Zinc and Manganese in Tea Leaf by Flame Atomic Absorption Spectrometry. Journal of Talanta-ScienceDirect. 72 Issue 4 (2007) 1481– 1486. 14. T. Muthumani dan

R.S. SenthilKumar. Studies on Freeze-withering in Black Tea

Manufacturing, Food Chemistry-Science Direct, 101 Issue 1 (2007) 103-106. 15. Tadea Inc. 2009. Single Point Load Cell. Data Sheet 16. X. Jun. Caffeine Extraction From Green Tea Leaves Assisted by High Pressure Processing. Journal of Food Engineering-ScienceDirect. 94 Issue 1 (2009) 105-109.

TANYA JAWAB: 1. Mengapa pengukuran kehilangan massa hanya mengambil sampel seberat ± 4000 gr? Jawab : Massa daun teh hitam pada proses pelayuan didalam mesin whitering jauh lebih besar dari 4000 gr, pertimbangan pengambilan sampel ini adalah agar tidak mengganggu proses produksi teh di dalam perusahaan, dan berat sampel tersebut yang diijinkan untuk 408



ISSN 1411-4771

penelitian ini. 2. Load Cell mempunyai maksimal pembacaan beban 20 Kg, berapa ketelitiannya jika hanya mengukur 4 Kg saja ? Berdasarkan jawaban pada pertanyaan pertama diatas maka pengondisi sinyal dibuat dengan penguatan yang disesuaikan dengan luaran pengukuran maksimal untuk 4,5 Kg. Prinsipnya load cell merupakan resistansi terukur sehingga berdasarkan Gambar 7 maka digunakan ADC mikrokontroler mempunyai resolusi 10 bit dimana 1 LSB = 4,89 mV. Untuk massa timbal 1000 gram tegangan terukur adalah 0,254 volt. Maka tegangan terukur setelah konversi menjadi digital akan mengayun pada tegangan 0,249 volt sampai dengan 0,259 V sehingga massa timbel dengan nominal 500 gr bisa mengayun selisih massa 97 gram.


409


ISSN 1411-4771

STUDI AWAL KALIBRASI DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS (DTA) PUSAT PENELITIAN FISIKA – LIPI MENGGUNAKAN MATERIAL STANDAR SN, ZN DAN AL PADA SENSOR TIPE K Agus Sukarto Wismogroho Pusat Penelitian Fisika - LIPI Email: [email protected] ABSTRAK Differential Thermal Analysis (DTA) merupakan alat untuk menguji karakteristik termal material. Pusat Penelitian Fisika-LIPI tengah mengembangkan alat DTA lokal yang sampai saat ini telah dapat bekerja dengan baik. Untuk meningkatkan keakuratannya, pada kegiatan ini dilakukan uji kalibrasi alat DTA buatan Pusat Penelitian Fisika – LIPI yang menggunakan sensor thermocouple tipe K. Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan sampel material standar Sn, Zn dan Al. DTA yang dikembangkan telah dapat meredam derau dari sumber panas tungku pemanas dengan standar deviasi 0.08. Base line yang diperoleh menunjukkan hasil yang relatif linier. Pada kalibrasi menggunakan material Sn, tidak terjadi perbedaan suhu antara sebelum dan sesudah kalibrasi. Sedangkan pada kalibrasi menggunakan Zn dan Al, memerlukan koreksi yang semakin besar dengan meningkatnya suhu kerja. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa setelah dilakukan kalibrasi, akurasi terendah untuk pengukuran material Sn, Zn dan Al masing-masing adalah 99.4, 99.31 dan 99.37%. dengan rata-ratanya masingmasing sebesar 99.6, 99.7 dan 99. 8%. Nilai ini setara dengan DTA komersial yang ada.Hal ini menunjukkan bahwa system DTA yang dibangun telah mencapai kondisi pembacaan data analisa dengan keakurasian yang baik. Kata kunci: Differential Thermal Analysis, DTA, kalibrasi PENDAHULUAN Setiap material memiliki struktur ikatan kimia dan struktur kristal yang spesifik. Struktur tersebut stabil pada kondisi-kondisi tertentu. Perubahan struktur kristal atau ikatan kimia pada suatu material akan merubah tingkatan energinya. Memahami karakteristik struktur material merupakan bagian yang penting dari ilmu material. Pada saat suatu struktur dari material berubah, maka akan terjadi perubahan tingkatan energi yang mengikuti perubahan struktur tersebut. Dengan mendeteksi perubahan-perubahan energi yang terjadi ketika suatu struktur berubah, karakter dari perubahan struktur dapat ditelusuri. Salah satu metoda untuk mendeteksi karakteristik tersebut adalah metoda thermal analysis. Metoda ini melakukan deteksi karakter material berbasis pada respon terhadap panas dari suatu material. Differential Thermal Analysis (DTA) merupakan salah satu jenis metoda analisa termal material yang berbasis pada pengukuran perbedaan suhu antara referensi inert dengan sample ketika suhu lingkungan berubah dengan laju pemanasan konstan. DTA memiliki 410



ISSN 1411-4771

skema dasar seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Sampel dan referensi dipanaskan pada system pemanas yang sama dengan kecepatan pemanasan konstan. Perubahan suhu dari sample terhadap referensi diukur. Ketika struktur kristal atau ikatan kimia dari suatu material sampel berubah, perubahan tersebut akan berimbas kepada perubahan penyerapan atau pelepasan panas yang mengakibatkan perubahan suhu material sampel yang terjadi. Dengan menganalisa data rekam perubahan tersebut, dapat diketahui suhu di mana suatu struktur kristal atau ikatan kimia berubah, energy kinetik, enthalpi dll [1,2]. DTA telah dikembangkan sejak awal abad 20 dan terus berkembang sejalan dengan perkembangan instrumen pendukungnya. DTA telah digunakan untuk mendukung riset-riset lokal di Indonesia sejak lama, namun demikian, pengembangan alat ini di dalam negeri masih sangat jarang. Saat ini telah dikembangkan suatu disain DTA buatan Pusat Penelitian Fisika LIPI yang diharapkan menjadi substitusi produk impor. DTA buatan Pusat Penelitian Fisika telah bekerja pada kondisi stabilitas yang baik. Sistem sensor DTA menggunakan beberapa jenis thermocouple seperti tipe K, R, S dll. Sistem sensor yang digunakan pada kegiatan ini adalah thermocouple tipe K. Untuk mempelajari keakuratan penunjukan temperatur dari system yang dikembangkan, pada kegiatan ini dilakukan ujicoba kalibrasi alat DTA dengan menggunakan sampel standar sebagai kalibratornya. Sampel standar yang digunakan adalah logam murni Sn, Zn dan Al mengacu pada standar pengujian ASTM [3]. Maksimal penyimpangan yang dibolehkan untuk alat analisa menurut beberapa literature adalah 10% [4,5].

Gambar 1. Skema dasar alat Differential Thermal Analysis (DTA)


411


ISSN 1411-4771

Gambar 2. Foto alat DTA yang dikembangkan Pusat Penelitian Fisika – LIPI (versi Juli2012) yang berupa system pemanas (kiri) dan pengontrol serta data logger (kanan)

METODOLOGI Desain DTA Sistem DTA yang dikembangkan ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Sistim DTA terdiri dari sistim tungku dan sistim kontrol - data logger. Pada sistim tungku diletakkan dudukann untuk 1 buah sample dan 1 buah referensi. Sistim tungku dipanaskan dengan kecepatan konstan menggunakan pengontrol panas berbasis PID. Pemanasan diatur dengan mengatur koefisien dari PID untuk menghindarkan munculnya derau dari sumber panas atau tungku. Suhu sampel dan referensi ketika pemanasan, diukur dan direkam menggunakan system data logger. Hubungan antara suhu referensi dan perbedaan suhu antara sampel dan referensi merupakan data dari sistim DTA[6]. Metoda kalibrasi Tahap awal dari kalibrasi adalah adalah melakukan pengukuran derau dari tungku oleh dan pengukuran standar base line DTA. Pengukuran base line dilakukan menggunakan bahan Al2O3 sebagai bahan sampel dan referensi. Kalibrasi suhu dilakukan dengan melakukan pengukuran terhadap suhu titik lebur dari d material-material material terstandar, yaitu: Sn, Zn dan Al. Kadar material standar adalah diatas 99.9%. Nilai titik lebur masing--masing standar ditunjukkan pada Tabel 1. Suhu titik lebur material standar dilakukan dengan pengukuran DTA dengan kecepatan pemanasan san 2ºC /min. Nilai titik lebur yang diperoleh dari DTA dibandingkan dengan titik lebur teoritis dari material standar dan kemudian dilakukan kalkulasi apabila terjadi pergeseran suhu. Dengan menggunakan perhitungan DTA yang terkalibrasi, dilakukan analisa material standar dengan variasi 412

| Palangkaraya, 19-20 20 Oktober 2012

kecepatan pemanasan 2,5,10ºC/min. Untuk


ISSN 1411-4771

mempelajari lebih jauh tentang karakteristik DTA yang dikembangkan, dilakukan juga variasi berat sampel. Untuk mempelajari karakteristik thermocouple terhadap efek ukurannya, dilakukan pengukuran perubahan temperatur ketika menggunakan thermocouple tipe K dengan 3 jenis diameter, yaitu: 0.3, 0.6 dan 3.3 mm. Tabel 1. Nilai titik lebur material standar [4,7]

No. 1 2 3

Sampel Standar Sn Zn Al

Titik Lebur (ºC) 156.4 231.8 419.5

HASIL DAN PEMBAHASAN Stabilitas tungku DTA dan base line Untuk mendapatkan hasil DTA yang akurat diperlukan sistem tungku yang stabil. DTA yang dikembangkan menggunakan sistem double wall sebagai filter panas untuk mereduksi derau panas yang muncul pada kawat pemanas, sehingga diharapkan dapat memperoleh distribusi pemanasan yang stabil didalam ruang tempat sampel diletakkan. Hasil derau yang terukur dari sumber panas ditunjukkan pada Gambar 2. Derau merupakan selisih antara suhu yang diatur oleh sistem kontrol dengan suhu riil di tungku dengan kecepatan pemanasan 10ºC/menit pada koefisien PID yang paling optimal. Penyimpangan terbesar terjadi pada awal dimulainya pemanasan sepanjang 30ºC. Semakin berjalannya waktu pemanasan, penyimpangan semakin berkurang. Standar deviasi dari penyimpangan adalah 0.08. Hal ini menunjukkan bahwa system yang dikembangkan telah mencapai kesetabilan panas yang cukup untuk DTA.

Gambar 2. Hubungan antara suhu yang diatur oleh sistim kontrol dan suhu riil yang tercapai pada tungku dengan kecepatan pemanasan 10ºC/menit. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

413


ISSN 1411-4771

Untuk mengetahui stabilitas peningkatan suhu antara posisi sampel dengan posisi referensi didalam ruang sampel, dilakukan pengukuran perbedaan suhu antara keduanya (base line). Pada kedua posisi tersebut diletakkan cawan alumina yang diisi oleh bubuk Al2O3. Hasil selisih antara keduanya ditunjukkan pada Gambar 3. Base line yang diperoleh secara umum telah mencapai kondisi yang lurus. Hal ini menunjukkan bahwa distribusi panas yang terjadi didalam tungku pemanas sudah cukup stabil dan dapat digunakan untuk analisa DTA dengan baik. Kemiringan yang terbentuk dari base line lebih disebabkan karena peletakan posisi kedua sampel yang sedikit kurang simetris, dimana salah satu sampel sedikit lebih dekat ke dinding pemanas (sumber panas). Namun demikian, kondisi tersebut tidak begitu bermasalah dan dapat digunakan sebagai alat DTA secara umum. Apabila dibandingkan dengan keberadaan derau yang muncul dari sumber panas, hasil base line yang linier menunjukkan efek pemberian filter panas double wall dari DTA yang dikembangkan.

Gambar 3. Base line, selisih suhu antara kedua posisi sampel ketika suhu dinaikkan dengan kecepatan pemanasan 10ºC

Hasil analisa DTA sebelum kalibrasi Hasil analisa DTA sebelum dikalibrasi ditunjukkan pada Tabel 3, berupa perbandingan titik lebur masing-masing material yang terukur dengan alat DTA dengan nilai teoritisnya. Hasil tersebut menunjukkan bahwa nilai yang terukur untuk material Sn telah sesuai dengan nilai standar titik lebur Sn. Sedangkan untuk material Zn dan Al, nilai yang terukur lebih rendah dari nilai standar titik lebur keduanya. Hal ini menunjukkan bahwa pembacaan suhu dari DTA yang ada mengalami penyimpangan atau penurunan dengan semakin tingginya suhu kerja. Kemungkinan penyebab penyimpangan ini dibahas kemudian. 414



ISSN 1411-4771

Tabel 3 menunjukkan perbandingan titik lebur yang terukur dengan teoritis

No. 1 2 3

Sampel Standar Sn Zn Al

Titik Lebur (ºC) Teoritis Terukur 231.8 231.8 419.5 417.9 658.5 654.1

Selisih (ºC) 0.0 -1.6 -4.4

3. Hasil analisa DTA setelah kalibrasi Hasil analisa DTA setelah kalibrasi beserta perbandingan titik lebur masing-masing material antara yang terukur dengan teoritisnya, akurasi dan perbandingan dengan DTA komersial disekitar Puspiptek, Serpong ditunjukkan pada Tabel 2. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa setelah dilakukan kalibrasi, akurasi terendah untuk pengukuran material Sn, Zn dan Al masing-masing adalah 99.4, 99.31 dan 99.37%. Apabila dibandingkan dengan pengukuran material dengan metoda yang serupa dengan menggunakan alat DTA komersial disekitar Puspiptek, untuk material Sn, Zn dan Al masing-masing adalah 99.3, 99.6 dan 99. 7%. Sedangkan apabila dibandingkan dengan rata-ratanya maka, keduanya adalah serupa yaitu untuk material Sn, Zn dan Al masing-masing adalah 99.6, 99.7 dan 99. 8%. Hal ini menunjukkan bahwa system DTA yang dikembangkan telah mencapai kondisi pembacaan data analisa dengan keakurasian yang setingkat. Tabel 2 menunjukkan perbandingan titik lebur yang terukur dengan teoritis

No. Sampel Standar

Kecepatan Titik Lebur (ºC) Selisih pemanasan (ºC) Teoritis Terukur (ºC/min) 1 Sn 2 231.8 232.3 0.5 5 231.8 232.4 0.6 5 231.8 232.7 0.9 10 231.8 232.9 1.1 10 231.8 232.5 0.7 10 231.8 233.2 1.4 2 Zn 2 419.5 418.9 0.6 5 419.5 422.4 2.9 10 419.5 421.6 2.1 10 419.5 420 0.5 10 419.5 420.3 0.8 3 Al 2 658.5 656.1 2.4 5 658.5 662.7 4.2 10 658.5 658.8 0.3 10 658.5 658.4 0.1 10 658.5 659.7 1.2 (*) Alat komersial yang ada di sekitar Puspiptek, Serpong[7].

Akurasi (%) 99.8 99.7 99.6 99.5 99.7 99.4 99.86 99.31 99.50 99.88 99.81 99.63 99.37 99.95 99.98 99.82

Komersial (%) *

99.85 99.25

99.62 99.85

99.91 99.77


415


ISSN 1411-4771

4. Efek kecepatan pemanasan dan berat sampel Kecepatan pemanasan memberi pengaruh terhadap hasil analisa. Gambar 4 menunjukkan hasil analisa DTA material Sn untuk variasi kecepatan dengan berat sampel yang sebanding. Hasil analisa menunjukkan bahwa kecepatan pemanasan menjadikan suhu yang terbaca sedikit terlambat. Semakin tinggi kecepatan pemanasan akan memperbesar pergeseran yang terjadi, memperlambat titik pucak dan memperlebar rentang suhu proses terjadinya suatu reaksi.

Gambar 4. Hasil analisa DTA material Sn untuk kecepatan 2, 5 dan 10 C/min dengan berat sampel yang sebanding.

Pengaruh jumlah sample terhadap hasil analisa DTA untuk material Sn ditunjukkan pada Gambar 5. Hasil analisa menunjukkan bahwa jumlah sampel Sn akan memperlama reaksi endothermic yang terjadi.

Gambar 5. Hasil analisa DTA material Sn untuk berat sampel 250 ,125 dan 70 mg dengan kecepatan 10ºC/min. 416



ISSN 1411-4771

Penurunan akurasi thermocouple tipe K. Untuk mempelajari pengaruh pembacaan thermocouple tipe K yang digunakan, dilakukan ujicoba penggunaan thermocouple tipe K dengan variasi diameter kawat thermocouple. Gambar 6 menunjukkan pembacaan thermocouple ketika dipanaskan secara bersamaan. Hasil analisa menunjukkan bahwa temocouple dengan diameter 3.3 mm selalu berposisi dibawah diameter 0.6 mm. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar diameter thermocouple yang digunakan menjadikan waktu yang diperlukan untuk mendapatkan suhu yang akurat lebih lambat dibandingkan dengan thermocouple yang lebih kecil. Sedangkan thermocouple 0.3 mm menunjukkan pengukuran yang bergeser pada sekitar suhu sekitar 400ºC dibandingkan thermocouple berdiameter 0.6 mm. Hal ini menunjukkan bahwa dimungkinkan terjadinya pengurangan keakuratan pembacaan thermocouple pada suhu tinggi ketika diameternya diperkecil. DTA pada kegiatan ini menggunakan thermocouple tipe K dengan ukuran diameter 0.5mm. Dimungkinkan ukuran thermocouple tersebut mempengaruhi pergeseran pembacaan pada suhu kerja yang semakin tinggi. Meskipun demikian, kalibrasi yang dilakukan dapat memberikan koreksi atas pergesaran pembacaan yang terjadi.

Gambar 6 Hasil penunjukan temperature dari thermocouple dengan variasi diameter pada kecepatan pemanasan yang sama.

KESIMPULAN Pada kegiatan ini dilakukan uji kalibrasi alat DTA buatan Pusat Penelitian Fisika – LIPI menggunakan sensor thermocouple tipe K. Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan sampel material standar Sn, Zn dan Al. DTA yang dikembangkan telah dapat meredam derau Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

417


ISSN 1411-4771

dari sumber panas tungku pemanas dengan standar deviasi 0.08. Base line yang diperoleh menunjukkan hasil yang linier. Pada kalibrasi menggunakan material Sn, tidak terjadi perbedaan suhu antara sebelum dan sesudah kalibrasi. Sedangkan pada kalibrasi menggunakan Zn dan Al, memerlukan koreksi

yang semakin besar dengan meningkatnya suhu kerja. Hasil yang diperoleh

menunjukkan bahwa setelah dilakukan kalibrasi, akurasi terendah untuk pengukuran material Sn, Zn dan Al masing-masing adalah 99.4, 99.31 dan 99.37%. dengan rata-ratanya masingmasing sebesar 99.6, 99.7 dan 99. 8%. Nilai ini setara dengan DTA komersial yang ada. Hal ini menunjukkan bahwa sistim DTA yang dikembangkan telah memiliki sistem kerja dengan keakurasian yang baik. DAFTAR PUSTAKA 1. M. Nagashaki, Introduction to Experimental Techniques for Thermal Analysis, Shinku

Riko Press, 1979 2. T. Hatakeyama, Zhenhai Liu, Handbook of Thermal Analysis, John Wiley & Sons, New

York, 1998 3. ASTM, Annual Book of ASTM Standars, ASTM, USA, Vol,14,02 (1992) , pp. 399-402. 4. ROBERT L, ANDERSON,”Practical Statistics for Analytical Chemists” Van Nostrand

Reinhold Company,New York,1987. 5. SETARAM, Manual Operation Differential Thermal Analysis Type CS’92 , Setaram

Franc, 1992. 6. Agus Sukarto W, Wahyu Bambang W, Proc. Seminar HFI Jateng, 2012, inpress. 7. Sutri Indaryati, Yanlinastuti, Aslina B.Ginting, Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

pp. 174-181 TANYA JAWAB: Tanya: Apakah hasil kegiatan ini dapat berkompetisi secara harga dengan produk import? Jawab: Alat analisa memiliki karakteristik harga yang sangat tinggi dan diproduksi dengan jumlah yang sangat terbatas. Sehingga selalu akan berharga mahal. Disamping itu, meskipun telah diadakan pengadaan alat-alat analisa, tetapi biaya operasional dan pemeliharaannya akan mahal. Mahalnya semua biaya itu akan berimbas pada kemandirian penelitian di Indonesia. Untuk dapat menekan semua itu, pengembangan produk analisis lokal sangatlah diperlukan. Sudah dipastikan bahwa produk lokal akan jauh lebih murah dan biaya operasional yang jauh lebih kecil. 418



ISSN 1411-4771

PENENTUAN POLA KLASIFIKASI DAGING BABI DAN DAGING SAPI BERBASIS SENSOR RASA MENGGUNAKAN METODE PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS (PCA) Imam Tazi1, Irjan1, Erna Hastuti1 1

Jurusan Fisika UIN MALIKI Malang Email : [email protected] ABSTRAK

Dalam penelitian Telah berhasil dibuat membran lipid/polimer berbasis sensor rasa yang terdiri dari bahan Polyvinyl Cloride (PVC) dan bahan aktif campuran lipid Trioktil Methyl Ammonium Klorida (TOMA) dan Dioctyl Phosfat (DOP). Membran ini digunakan untuk mengklasifikasi lima macam kualitas rasa dasar yang diwakili oleh asam sitrat, MgCl2, MSG, NaCl, dan sukrosa. Membran ini juga digunakan sebagai alat sensor yang membedakan rasa daging Babi dan daging Sapi. Hasil penelitian menunjukkan membran dengan bahan aktif dari campuran Lipid Trioktil Methyl Ammonium Klorida (TOMA) dan Dioktyl phosfat (DOP) dapat digunakan sebagai tranduser ataupun sensor rasa yang baik dan mempunyai kelinieran yang cukup bagus terhadap rasa asam, rasa asin, rasa pahit, dan rasa umami. Namun sensor ini tidak dapat digunakan sebagai tranduser ataupun sensor rasa untuk rasa manis. Sehingga untuk mensensing rasa manis dalam penelitian ini maka digunakan sensor glukosa yang dikopel dengan data dari keenam sensor rasa untuk mensensing kedua rasa daging. Guna mengklasifikasi 2 kelompok data yaitu kelompok data daging Babi dan kelompok data daging Sapi maka digunakan pengolahan data dari larik sensor dengan menggunakan metode principle component analysis yang dapat membedakan dua kelompok data rasa daging Babi dan daging Sapi berdasarkan komponen prinsiple ke-1 sebesar 91,1%. Kata kunci : membran, lipid/polimer, TOMA, DOP, PCA, sensor rasa. PENDAHULUAN Cita rasa adalah suatu cara pemilihan makanan yang harus dibedakan dari rasa (taste) makanan tersebut. Cita rasa merupakan atribut makanan yang meliputi penampakan, bau, rasa, tekstur, dan suhu. Cita rasa merupakan bentuk kerja sama dari kelima macam indera manusia, yakni perasa, penciuman, perabaan, penglihatan, dan pendengaran. Rasa sendiri merupakan hasil kerja pengecap rasa (taste buds) yang terletak di lidah, pipi, kerongkongan, atap mulut, yang merupakan bagian dari cita rasa. Mayoritas orang mengetahui bahwa kualitas rasa terbagi menjadi empat macam yaitu manis, asam, asin dan pahit. Namun dalam perkembanganya telah ditemukan rasa baru yaitu umami yang dalam istilah Jepang digunakan untuk menyatakan gurih atau lezat. Setiap kualitas rasa dihasilkan oleh sumber yang berbeda-beda pula. Untuk rasa manis didapatkan dari glukosa, fruktosa, sukrosa dan aspartam. Rasa asam dihasilkan oleh ion hidrogen, Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

419


ISSN 1411-4771

misalnya HCl, asam sitrat, dan asam cuka. Rasa asin terdapat pada NaCl, KCl, dan KBr. Pahit berasal dari quinine, kafein, dan MgCl2. Dan terakhir umami pada monosodium glutamat (MSG) terutama ditemukan pada ganggang laut, disodium inosinat (IMP) pada daging, dan disodium guanilat (GMP) pada jamur (Nagamori, et al, 1999). Di Indonesia yang mayoritas penduduknya beragama muslim sangat mempunyai kekhususan tersendiri dalam hal konsumsi makanan. Ada beberapa makanan yang tidak boleh di makan (Haram) menurut ajaran Islam, diantaranya adalah daging babi. Daging babi bagi pedagang yang nakal banyak dimanfaatkan untuk menipu konsumen dengan cara melakukan pengoplosan dengan daging Sapi, hal ini dilakukan karena harga daging Babi mempunyai harga yang jauh lebih murah dibanding daging Sapi. Pengoplosan daging sapi dengan daging babi, merupakan salah satu jenis tindakan penipuan yang kerap terjadi di masyarakat, terlebih saat permintaan akan kebutuhan daging sapi meningkat. Hal ini sangat merugikan konsumen terutama umat Islam, sehingga upaya pencegahan merupakan tindakan yang sangat mendesak untuk dilakukan. Pengenalan dari sifat tekstur dan kontur pada daging babi dan sapi sejauh ini sangat susah dibedakan, karena tekstur dan konturnya sangat mirip. Sementara itu, pengujian sifat kimiawi pada daging babi dan sapi menggunakan metode Polymerase Chain Reaction (PCR) membutuhkan biaya yang sangat mahal. Daging babi dan sapi mempunyai spesifikasi rasa (manis, asin, asam, pahit, dan umami) yang berbeda. Perbedaan rasa tersebut disebabkan oleh kandungan unsur-unsur kimia yang terdapat dalam kedua daging tersebut mempunyai kadar prosentase yang berbeda. Salah satu cara untuk mengetahui perbedaan rasa kedua daging tersebut adalah menggunakan sensor rasa yang sangat peka terhadap kelima rasa dasar tersebut. Melalui penelitian ini kami melakukan penelitian dengan sebuah metode berbasis sensor rasa yang dapat mengidentifikasi jenis daging tersebut. Sistem ini terdiri dari rangkaian sensor rasa yang terdiri membran lipid/polimer yang sangat selektif terhadap ion-ion yang ada pada ekstrak daging babi dan sapi. Sehingga melalui penelitian ini kami mengangkat judul “Penentuan Pola Klasifikasi Daging Babi Dan Daging Sapi Berbasis Menggunakan Metode Principle Component Analysis (PCA)”.

420


Sensor Rasa


ISSN 1411-4771

METODOLOGI Metode yang digunakan dalam penelitian penentuan pola klasifikasi daging Babi dan daging Sapi berbasis sensor rasa menggunakan metode principle component analysis (PCA) dapat digambarkan seperti pada diagram alur dibawah :

a. Bahan membran yang digunakan antara lain Polyvinyl Clorida (PVC) sebagai penguat membran, o-Nitrophenyl Oktyl Ether (o-NPOE) sebagai plasticisier, Tetrahydrofuran (THF) sebagai pelarut dari membran, dan Sodium Sulfat (Na2So4) sebagai pengikat air (H2O) dalam larutan, serta bahan lipid yang digunakan yaitu Dioktyl Fosfat (DOP) dan Trioktil Methyl Ammonium Klorida (TOMA). b. Sebagai bahan utama membran, lipid di buat dengan berbagai komposisi antara lain dari bahan DOP murni, TOMA murni, dan campuran antara DOP dan TOMA dengan perbandingan 8 : 2,

6 : 4,

4 : 6, dan 2 : 8.

c. Masing-masing membran tersebut dimasukkan ke dalam tabung dan diberikan larutan KCl 100 mM untuk digunakan sebagai elektrode kerja yang terhubung dengan


421


ISSN 1411-4771

elektrode referensi, sehingga dapat memberikan respon beda potensial listrik yang sensitif terhadap ke lima rasa dasar. d. Sebagai sampel uji daging babi dan daging sapi di ekstrak dalam bentuk larutan dengan konsentrasi tertentu, lalu sistem sensor rasa di masukkan kedalam ekstrak daging tersebut untuk diukur respon potensial listriknya. e. Data hasil pengukuran potensial listrik dari sampel-sampel ekstrak daging tersebut diklasifikasikan dengan cara mengolah data tersebut kedalam Principle Component Analysis (PCA) agar dapat memberikan informasi ciri dan beda pola pada daging babi dan sapi. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Membran Terhadap Rasa Pahit Respon dari pengukuran untuk rasa pahit diwakili oleh sampel MgCl2 dan di plot pada sebuah grafik potensial listrik Vs log konsentrasi larutan sampel. Grafik dari respon terhadap rasa pahit ini ditunjukkan oleh gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1 Plot respon potensial listrik dari larik sensor rasa terhadap MgCl2

Hasil Uji Membran Terhadap Rasa Asam Respon dari pengukuran untuk rasa asam diwakili oleh sampel asam sitrat dan di plot pada sebuah grafik potensial listrik Vs log konsentrasi larutan sampel. Grafik dari respon terhadap rasa asam ini ditunjukkan oleh gambar 2 di bawah ini.

Gambar 2 Plot respon potensial listrik dari larik sensor rasa terhadap asam sitrat 422



ISSN 1411-4771

Hasil Uji Membran Terhadap Rasa Asin Respon dari pengukuran untuk rasa asin diwakili oleh sampel NaCl dan di plot pada sebuah grafik potensial listrik Vs log konsentrasi larutan sampel. Grafik dari respon terhadap rasa asin ini ditunjukkan oleh gambar 3 di bawah ini.

Gambar 3 Plot respon potensial listrik dari larik sensor rasa terhadap NaCl

Hasil Uji Membran Terhadap Rasa Umami Respon dari pengukuran untuk rasa Umami diwakili oleh sampel MSG dan di plot pada sebuah grafik potensial listrik Vs log konsentrasi larutan sampel. Grafik dari respon terhadap rasa umami ini ditunjukkan oleh gambar 4 di bawah ini.

Gambar 4 Plot respon potensial listrik dari larik sensor rasa terhadap MSG

Hasil Uji Membran Terhadap Rasa Manis Respon dari pengukuran untuk rasa manis diwakili oleh sampel Sukrosa dan di plot pada sebuah grafik potensial listrik Vs log konsentrasi larutan sampel. Grafik dari respon terhadap rasa manis ini ditunjukkan oleh gambar 5 di bawah ini.


423


ISSN 1411-4771

Gambar 5 Plot respon potensial listrik dari larik sensor rasa terhadap Sukrosa

Hasil Uji Larik Sensor Terhadap Daging Babi dan Daging Sapi menggunakan Metode PCA Pada pengujian terhadap sampel daging Babi dan Sapi, dilakukan pengujian selama 5 menit dengan sampling rate 1 detik sehingga dihasilkan pengukuran sebanyak 300 data. Sensor yang di pakai menggunakan 6 jenis membran yang berbeda dan di tambah 1 buah sensor glukosa, sehingga terdapat sensor secara keseluruhan sebanyak 7 macam. Data yang dihasil adalah data yang membentuk sebuah matrik berukuran 600 x 7 data. Dengan menggunakan metode Principle Component Analysis (PCA) maka didapatkan hasil seperti pada gambar 6 di bawah ini. PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS ; DAGING SAPI DAN BABI 100 80

Principle Componen2 = 4,82%

60 Kel.Babi

40

Kel.Sapi

20 0 -20 -40 -60 -80 -100 -100

-80

-60

-40 -20 0 20 40 Principle Componen1 = 91,1%

60

80

100

Gambar 6 Klasifikasi 2 kelompok data menggunakan metode PCA

Pada pengujian ini juga didapatkan beberapa parameter dari principle component analysis seperti pada tabel di bawah ini : Vektor Eigen dari PCA

424



Nilai Eigen dari PCA nilai_eigen1 = 3,5081 nilai_eigen2 = 5,9565 nilai_eigen3 = 17,2745 nilai_eigen4 = 25,7504 nilai_eigen5 = 65,0616 nilai_eigen6 = 138,7618 nilai_eigen7 = 2625,1

ISSN 1411-4771

Principle komponen 0,12% Ke-7 0,21% Ke-6 0,60% Ke-5 0,89% Ke-4 2,26% Ke-3 4,82% Ke-2 91,1% Ke-1

Respon Potensial Sensor terhadap 5 Rasa Pada pengujian sensor terhadap sampel MgCl2 , output yang di hasilkan menunjukkan adanya kenaikan potensial listrik dengan meningkatnya konsentrasi pada larutan MgCl2. Grafik yang dihasilkan oleh respon terhadap MgCl2 menunjukkan adanya gradien positif dari grafik, yang berarti bahwa sensor dapat digunakan untuk mensensing rasa pahit yang diwakili oleh MgCl2 meskipun sifat kelinierannya belum begitu baik. Begitu juga dengan pengujian terhadap sampel asam yang di wakili oleh asam sitrat, terhadap rasa asin yang diwakili oleh NaCl, dan terhadap rasa umami yang diwakili oleh MSG. Kesemua sensor menunjukkan adanya respon peningkatan potensial listrik dengan meningkatnya konsentrasi sampel uji. Khusus untuk pengujian sampel rasa manis, kesemua sensor menunjukkan tidak adanya respon. Hal ini dapat dilihat dari grafik yang cenderung horisontal atau mempunyai gradien hampir nol, atau dengan meningkatnya konsentrasi sampel maka tidak ada peningkatan potensial listrik yang terjadi. Pembahasan Klasifikasi Daging Babi dan Daging Sapi menggunakan Metode PCA Pada gambar 6 hasil dari klasifikasi daging babi dan daging sapi dengan menggunakan principle component analysis menunjukkan pola klasifikasi yang sangat jelas dan dapat membedakan mana data kelompok daging babi dan mana data kelompok daging sapi. Data klasifikasi tersebut diambil berdasarkan ke-7 nilai eigen yang di hasilkan, dengan mengambil 2 nilai eigen terbesar yaitu nilai eigen ke-6 dan ke-7. Berdasarkan nilai eigen tersebut, maka


425


ISSN 1411-4771

vektor eigen ke-6 dan ke-7 lah yang di pakai sebagai matrik transformasi untuk principle component analysis pada klasifikasi ini. Berdasarkan vektor eigen-7 akan membentuk priciple component ke-1 atau sebagai sumbu-x, dan berdasarkan vektor eigen-6 akan membentuk component ke-2 atau membentuk sumbu-y. Dari grafik hasil component analysis maka dapat ditunjukkan bahwa berdasarkan sumbu-x atau principle componen analysis ke-1 maka komponen ini mempunyai kontribusi untuk dapat membedakan kedua kelompok data sebanyak 91,1% yang berarti cukup besar dan hanya cukup dilihat berdasarkan komponen principle ke-1 saja sudah cukup untuk membedakan dua kelompok data yang berbeda. Berdasarkan komponen principle ke-2, maka komponen ini mempunyai kontribusi untuk dapat membedakan dua kelompok data sebesar 4,82% yang berarti sangat kurang untuk dapat membedakan dua buah kelompok data. Sedang untuk komponen principle yang lain yaitu komponen ke-3, komponen ke-4, komponen ke-5, komponen ke-6, dan komponen ke-7 mempunyai kontribusi yang jauh lebih kecil, sehingga tidak mampu untuk membedakan dua buah kelompok data. KESIMPULAN Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan pada penelitian penentuan pola klasifikasi daging babi dan daging sapi berbasis sensor rasa menggunakan metode principle component analysis (PCA), dapat disimpulkan bahwa: 1. Bahan membran dengan bahan aktif dari campuran Lipid Trioktil Methyl Ammonium Klorida (TOMA) dan Dioktyl phosfat (DOP) dapat digunakan sebagai tranduser ataupun sensor rasa dengan sangat baik dan mempunyai kelinieran yang cukup bagus terhadap rasa asam, rasa asin, rasa pahit, dan rasa umami. 2. Bahan membran dengan bahan aktif dari campuran Lipid Trioktil Methyl Ammonium Klorida (TOMA) dan Dioktyl phosfat (DOP) tidak dapat digunakan sebagai tranduser ataupun sensor rasa untuk rasa manis. 3. Untuk mensensing rasa manis dalam penelitian ini maka digunakan sensor glukosa yang dikopel dengan data dari keenam sensor rasa untuk mensensing kedua rasa daging. 4. Pengolahan data dari larik sensor dengan menggunakan metode principle component analysis dapat membedakan dua kelompok data rasa daging Babi dan daging Sapi berdasarkan komponen prinsiple ke-1 sebesar 91,1%.

426



ISSN 1411-4771

DAFTAR PUSTAKA 1. Antonio Riul Jr. a,∗, Humberto C. de Sousa, Wine classification by taste sensors made from ultra-thin films and using neural networks, Sensors and Actuators B 98 (2004) 77– 82 2. Aprilita, N.H., Studi Pengaruh Plasticizer dan Aditif anion Lipofilik Terhadap Karakteristik Elektroda Selektif Ion Ammonium dengan Dibenzil Eter Sebagai Ionofor , Tesis, (2000), Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. 3. A.S. Abdul Rahman, M.M. Sim Yap, A microcontroller-based taste sensing sistem for the verification of Eurycoma longifolia. Sensors and Actuators B 101 (2004) 191–198 4. Habara, M., Ikezaki, H., Taniguchi, A., Toko, K., Improvement of sensitivity to sweet taste substances using taste sensor with lipid polymer membrans. TIEE Japan 121-E (12), (2001) 641–645, in Japanese. 5. Zhari, I. Norhayati, L. Jaafar, Eurycoma longifolia in Malaysian Herbal Monograph, vol. 1, Malaysian Monograph Committee, National Pharmaceutical Control Bureau, Ministry of Health, Malaysia, 1999, pp. 24–27. 6. Ikezaki, H., Kobayashi, Y., Toukubo, R., Naito, Y., Taniguchi, A., Toko, K., Techniques to control sensitivity and selectivity of multichannel taste sensor using lipid membrans. Tech. Dig. Transducers 99, (1999) 1634–1637. 7. Kadidae, L.O., Sintesis Benzileugenol dan Pemanfaatanya sebagai Komponen Membran Selektif Ion, (2000), Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. 8. Katrien Beullens a,∗, Péter Mészáros a,b, Analysis of tomato taste using two types of electronic tongues, Sensors and Actuators B xxx (2008) xxx–xxx. 9. K. Toko, Electronic tongue, Biosens. Bioelectron. 13 (1998) 701–709. 10. K. Toko, Taste sensor, Sens. Actuators B 64 (2000) 205–215. 11. Nagamori, T. Toko, K. Kikkawa, Y. Watanabe, T. and Endeou, K., ‘Detection of the Suppresion of Saltiness by Umami Subtances Using a Taste Sensor’, Sensors and Materials, (1999) vol. 11, no. 8,475-485. 12. Oohira, K., Toko, K., Theory of electric characteristics of lipid/PVC/DOPP membran in response to taste stimuli. Biophys. Chem. (1999) 2174, 1–7. 13. Oohira, K., Toko, K., Electrical characteristics of lipid/PVC/DOPP membran and PVC/DOPP membran used as transducers in chemical sensors. Sens. Mater. 9, 57–68. 14. Träuble, H., Teubner, M., Woolley, P., Eibl, H., 1972. Electrostatic interactions at charged lipid membrans. Biophys. Chem.(1997) 4, 319–342. 15. Trisunaryanti, Wega., Elektrokimia, (2006), Jurusan Kimia FMIPA UGM, Yogyakarta. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

427


ISSN 1411-4771

PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEKANAN PADA PRODUKSI BIOGAS Iwan Sugriwan1, Ahmad Jauhari Fuadi1, Abubakar Tuhuloula2, Arfan Eko Fahruddin1 1

Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 36 Kampus Unlam Banjarbaru Kalimantan Selatan 70714 Email : [email protected] 2 Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru ABSTRAK Tekanan merupakan salah satu parameter fisis pada produksi biogas. Tekanan pada digester anaerob di ukur dengan manometer digital. Mamometer digital terdiri dari sebuah sensor tekanan MPX2100GP, rangkaian penguat instrumentasi, mikrokontroler ATMega8535 dan unit peraga. Kalibrasi sensor MPX2100GP dilakukan dengan cara memberi variasi tekanan pada MPX2100GP. Persamaan karakteristik sensor diperoleh dengan cara membandingkan nilai tegangan keluaran dari MPX2100GP dengan tekanan terukur pada manometer analog. Tegangan keluaran sensor MPX2100GP dihubungkan dengan rangkaian penguat instrumentasi yang kemudian dihubungkan dengan sebuah analog to digital convertion (ADC) 10 bit yang terdapat pada mikrokontroler ATMega8535 secara internal. Proses ambil data sensor dan menampilkan data hasil pengukuran pada unit peraga LCD karakter 16x2 dilakukan dengan cara memerogram mikrokontroler menggunakan perangkat lunak Basic Compiler, sedangkan untuk program antarmuka dengan komputer pribadi dikembangkan sebuah sistem akuisisi dengan menggunakan bahasa pemograman Delphi, sehingga dapat mencatat data hasil pengukuran secara otomatis, langsung, terus-menerus dan pada waktu nyata. Hasil pengujian alat menunjukkan bahwa manometer digital yang dibuat mempunyai span 100 kPa, sensitivitas 1 kPa, dan akurasi 98,05 %. Kata kunci: manometer digital, sensor MPX2100GP, mikrokontroler ATMega8535 PENDAHULUAN Pengukuran aliran fluida memegang peranan penting dalam dunia industri. Perhitungan banyaknya bahan yang diperlukan proses produksi, quality control dan operasi proses kontinyu hampir mustahil dilaksanakan tanpa menggunakan pengukuran aliran fluida. Pengetahuan tentang sifat-sifat fluida dan aliran diperlukan untuk memilih metoda pengukuran yang terbaik. Sifat-sifat yang perlu dipelajari antara lain adalah viskositas, massa jenis, kompresibilitas, suhu dan tekanan. Beberapa diantaranya saling bergantung satu dengan yang lainnya [1]. Salah satu aplikasi pengukuran tekanan aliran fluida dalam bidang industri terjadi pada proses pengolahan kelapa sawit menjadi minyak kelapa sawit mentah. Pada industri pengolahan kelapa sawit, tekanan uap panas yang dihasilkan boiler untuk memutar turbin uap

428



ISSN 1411-4771

harus dijaga sekitar 20 bar. Tekanan uap untuk proses perebusan juga harus dijaga sampai 2,8 bar [2]. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan adalah manometer. Manometer mempunyai bermacam jenis, yaitu manometer tabung U, manometer bourdon, dan manometer diafragma. Semua jenis manometer tersebut adalah manometer analog, sehingga pengguna mengalami kesulitan untuk melakukan monitoring data secara real time dan terus-menerus [3]. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan manometer digital yang bisa digunakan untuk mengukur tekanan udara dalam tabung tertutup, dengan akurasi dan tingkat ketelitian yang tinggi, serta mempunyai kemampuan untuk mencatat data hasil pengukuran secara otomatis, real time dan kontinyu. Komponen pada manometer digital adalah sensor MPX2100GP sebagai sensor tekanan aliran. Mikrokontroler ATMega8535 digunakan sebagai pengatur untuk mengambil data sensor, konversi analog ke digital secara internal dan interface dengan komponen display. Untuk pencatatan data hasil pengukuran secara otomatis, manometer digital dihubungkan dengan komputer menggunakan koneksi RS-232 pada port serial. Komputer membaca masukan dari port serial, menampilkan data hasil pengukuran dan melakukan penyimpanan data tekanan yang diukur. Semua komponen tadi bekerja dalam satu sistem tekanan aliran berbasis mikrokontroler ATMega8535 menggunakan sensor MPX2100GP. Berdasarkan latar belakang di atas, masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana rancangan manometer digital sebagai alat ukur tekanan gas yang berbasis mikrokontroler ATMega8535 menggunakan sensor MPX2100GP, bagaimana implementasi manometer digital sebagai alat ukur tekanan gas dalam tabung tertutup,dan bagaimana membuat sistem pengukuran yang mampu melakukan pencatatan data hasil pengukuran secara otomatis. Penelitian ini bertujuan untuk membuat manometer digital sebagai alat ukur tekanan gas yang berbasis mikrokontroler ATMega8535 menggunakan sensor MPX2100GP, mengimplementasikan manometer digital sebagai alat ukur tekanan gas dalam tabung tertutup, dan membuat sistem yang mampu melakukan pencatatan data hasil pengukuran secara otomatis.


429


ISSN 1411-4771

TEORI DAN METODE Sensor MPX2100GP Sensor yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sensor MPX2100 series. Sensor ini mempunyai rentang pengukuran tekanan dari 0 sampai 100 kPa. Sensor ini terbuat dari silikon piezoresistif yang mempunyai tingkat akurasi tinggi dan tegangan luaran linier, yang sebanding dengan tekanan yang diukur. Bagian inti sensornya adalah monolithic silicon diaphragm tunggal dengan strain gauge dan sebuah jaringan resistor tipis yang terintegrasi dalam chip [4].

4321

Gambar 1. Sensor MPX2100GP [4].

Konfigurasi sensor MPX2100GP secara internal ditunjukkan oleh Gambar 3 yang mengilustrasikan konfigurasi absolute sensing (sebelah kanan) dan differential atau gauge configuration dalam basis chip carrier. Gel silikon mengisolasi die surface (permukaan yang dibuat tetap) dengan wire bond dari pengaruh lingkungan ketika tekanan masuk melalui diafragma [4].

Gambar 2. Konfigurasi internal MPX2100GP [4]

Penguat Instrumentasi Penguat instrumentasi merupakan pengembangan dari penguat diferensial, dimana ada dua sinyal masukan yang dihubungkan ke masing-masing kaki masukan. Sinyal yang dikuatkan adalah selisih tegangan dari tegangan masukan positif dengan tegangan masukan negatif [5]. Rangkaian penguat instrumentasi klasik ditunjukkan oleh Gambar 3. 430



ISSN 1411-4771

Gambar 3. Skema penguat instrumentasi klasik [6]

Mikrokontroler ATMega8535 Mikrokontroler ATMega8535 merupakan mikrokontroler produksi Atmel dengan 8 KByte In-System Programmable-Flash, 512 Byte EEPROM dan 512 Bytes Internal SRAM. Pada ATMega8535 terdapat sebuah inti prosesor, dimana terjadi pengumpanan instruksi (fetching) dan komputasi data. Seluruh register umum sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit logika dan aritmetika (ALU). Terdapat empat buah port masing-masing delapan bit yang dapat difungsikan sebagai masukan maupun luaran [7]. Basic Compiler AVR Basic Compiler (BASCOM) AVR adalah perangkat lunak (software) untuk memprogram mikrokontroler keluarga AVR. Software ini diproduksi oleh MSC Electronics dan kompatibel untuk sistem operasi Windows. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa BASIC. BASCOM dapat mengeksekusi perintah aritmatika dan logika, serta mempunyai perintah khusus untuk konfigurasi pin liquid crystal display (LCD), chip I2C dan 1WIRE, PC keyboard, matrix keyboad, RC5 reception, software UART, SPI, graphical LCD, pengiriman IR RC5, RC6 atau Sony code [8]. Microsoft Visual Basic Visual Basic 6.0 mempunyai komponen MSComm yang memungkinkan untuk mengambil data dari port serial menggunakan RS-232. Ada beberapa setting yang harus dilakukan untuk mengakses port serial, antara lain baudrate, parity, jumlah bit data, dan jumlah bit stop [9]. Metode Penelitian Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen di Laboratorium Instrumentasi Program Studi Fisika FMIPA UNLAM. Pembuatan manometer digital memerlukan tahapan proses perencanaan dan implementasi sistem instrumentasi. Tahapan penelitian ini yaitu menyiapkan peralatan dan bahan penelitian, pembuatan perangkat keras, perangkat lunak, teknik interface, serta program pencatat hasil pengukuran. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

431


ISSN 1411-4771

Perangkat keras yang dibuat adalah rangkaian catu daya, rangkaian sensor tekanan dengan penguat instrumentasi, dan rangkaian mikrokontroler. Rangkaian sensor dan penguat instrumentasi dikalibrasi untuk memperoleh persamaan karakteristik sistem. Pembuatan perangkat lunak meliputi program ambil data dari sensor dan program konversi tegangan sensor analog menjadi digital. Untuk proses interface, program yang dibuat adalah program menampilkan data pada peraga display, yaitu LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2 karakter. Peralatan dan bahan-bahan yang disiapkan dalam pembuatan manometer digital ini meliputi seperangkat komputer lengkap dengan software Multisim 11, PCB Designer versi 1.6.0, program Basic Compiler, dan program Visual Basic 6.0; solder, timah, penyedot timah, printed circuit board (PCB) single side, pelarut PCB, pena permanen, rugos elektro Set, lab link dan kabel-kabel penghubung, multimeter digital, power supply DC, tabung gas, pompa udara, manometer analog dan kabel downloader. Komponen-komponen yang diperlukan dalam penelitian ini meliputi komponen untuk rangkaian catu daya, komponen unuk rangkaian sensor dan penguat instrumentasi, serta komponen untuk rangkaian interface. Secara lebih rinci, komponen-komponen yang digunakan dalam penelitian ini adalah Sensor MPX2100GP, rangkaian penguat instrumentasi OP-07, modul mikrokontroler ATMega8535 dan LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2 karakter. HASIL DAN DISKUSI Penelitian ini diawali dengan pembuatan rangkaian catu daya, dilanjutkan dengan pembuatan rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal, karakterisasi rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal, pembuatan rangkaian mikrokontroler, interface ke LCD, pembuatan program pencatat data, dan pengujian alat. Realisasi catu daya Catu daya yang telah dibuat mempunyai tiga tegangan keluaran yaitu 4,98 V, 11,87 V dan -12,02 V. Tegangan 4,98 V digunakan untuk mikrokontroler ATMega8535 (Vref), sedangkan tegangan 11.87 V dan -12,02 V digunakan untuk sensor MPX2100GP (Vccs) dan OP-07 (Vcc+ dan Vcc-) pada penguat instrumentasi. Realisasi rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal Sensor tekanan yang digunakan adalah MPX2100GP. Sensor ini memerlukan tegangan catu (Vccs) sebesar 12 V. MPX2100GP mempunyai 4 kaki, yaitu kaki 1 dan 3 berfungsi sebagai ground (GND) dan Vccs, kaki 2 sebagai tegangan keluaran positif (V+) dan 432



ISSN 1411-4771

kaki 4 sebagai tegangan keluaran negatif (V-). Untuk mengaktifkan sensor, kaki 1 dihubungkan dengan ground catu daya sedangkan kaki 3 dihubungkan dengan tegangan catu daya 11,87 V. MPX2100GP mempunyai dua input tekanan, yaitu P1 dan P2. Pada penelitian ini digunakan input P1 yang dihubungkan dengan selang. Ujung selang yang lain dihubungkan dengan tabung gas yang diukur tekanannya [10]. Penguat instrumentasi dibuat menggunakan tiga buah OP-07 dan tujuh resistor. OP07 pertama dan kedua dirancang sebagai penguat non inverting, sedangkan OP-07 ketiga dirancang sebagai penguat diferensial. Penguat instrumentasi mempunyai dua kaki masukan dan satu keluaran. Untuk mengatur besarnya penguatan, dilakukan konfigurasi terhadap nilai resistor yang dipasang. Setelah beberapa percobaan, diperoleh nilai resistor yang tepat yaitu R1 = R4 = 10 kΩ, R2 = R5 = 10 kΩ, R3 = R6 = 10 kΩ, dan Rg = 2 kΩ. Karakterisasi rangkaian sensor Berdasarkan datasheet, sensor MPX2100GP mempunyai keluaran linier yaitu perubahan tegangan sebesar 0,4 mV/kPa. Karakterisasi sensor perlu dilakukan untuk mengetahui perbandingan sebenarnya antara tegangan keluaran sensor terhadap tekanan yang diberikan pada P1.

45,00

y = 0,408x + 1,023 R² = 0,992

40,00

Tegangan (mV)

35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 -5,00 0

20

40 Tekanan 60 (kPa) 80

100

120

Gambar 4. Perbandingan tegangan sensor terhadap tekanan [11]

Gambar 4 menunjukkan grafik hubungan antara tekanan yang diberikan pada P1 dengan beda potensial kaki 2 dan kaki 4 sensor (V+ - V-). Karakterisasi sensor dilakukan dengan memberikan tekanan pada P1 dan mengukur beda potensial keluaran kaki 2 dan kaki 4. Tekanan yang diberikan bervariasi mulai dari 0 sampai 100 kPa. Tegangan yang digunakan sebagai masukan untuk ADC adalah tegangan keluaran dari sensor yang dikondisikan oleh penguat instrumentasi (Vout). Karakterisasi rangkaian dilakukan dengan memberi tekanan bervariasi pada input P1 sensor MPX2100GP dan mengukur tegangan keluaran pada penguat Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

433


ISSN 1411-4771

instrumentasi (Vout). Hasil karakterisasi rangkaian sensor yang terkondisi ditunjukkan oleh Gambar 5. 6

y = 0,049x - 0,081 R² = 0,999

5

Tegangan (V)

4 3 2 1 0 0

20

40

60

80

100

120

-1 Tekanan (kPa)

Gambar 5. Grafik perbandingan tekanan dan tegangan pada rangkaian sensor yang telah dikondisikan

Realisasi mikrokontroler Mikrokontroler ATMega8535 mempunyai ADC internal 10 bit yang berfungsi mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal analog diambil dari tegangan keluaran sensor yang sudah dikondisikan, dihubungkan dengan Port A0 (ADC 0). Sinyal digital yang dihasilkan berupa nilai antara 0 sampai 1023. Mikrokontroler dihubungkan dengan LCD 16x2 untuk menampilkan nilai pengukuran. Proses utuk membaca tegangan analog, mengubahnya menjadi sinyal digital, dan menampilkannya di LCD diatur oleh program yang dimasukkan pada mikrokontroler. Program ini dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Basic pada Software Basic Compiler (BASCOM) AVR. Interface ke LCD Program interface ke LCD yang dibuat dengan software BASCOM AVR terdiri dari bagian konfigurasi mikrokontroler, konfigurasi LCD, deklarasi variabel, pengambilan nilai ADC, konversi nilai ADC menjadi nilai tegangan dan tekanan menggunakan persamaan karakteristik sensor, dan menampilkan nilai tekanan dan tegangan pada LCD.

Gambar 6. Tekanan terukur pada LCD 434



ISSN 1411-4771

Interface ke PC Interface manometer digital dengan komputer dilakukan dengan koneksi RS-232. Program yang digunakan dibuat dengan software Visual Basic 6.0, yang memiliki fasilitas MSComm untuk menjalankan koneksi dengan port serial. Proses yang terjadi pada program ini meliputi inisialisasi MSComm, pengambilan nilai ADC, konversi nilai ADC menjadi tegangan, konversi nilai tegangan menjadi tekanan, menampilkan nilai tegangan dan tekanan pada program, serta melakukan pencatatan secara otomatis dengan menyimpan hasil pengukuran pada file teks. Nilai tekanan terukur dicatat dalam tiga file teks, yaitu tekanandetik.txt, tekananmenit.txt dan tekananjam.txt. Setiap file penyimpanan diberi nama sesuai dengan selang waktu pencatatan datanya, yaitu setiap detik, setiap menit dan setiap jam. Untuk mengatur selang waktu pencatatan data, digunakan komponen Timer yang telah disediakan oleh software Visual Basic 6.

Gambar 7. Tampilan program pencatat data hasil pengukuran

Pengujian alat Pengujian manometer digital dilakukan dengan membandingkan nilai tekanan terukur pada manometer digital dan nilai tekanan terukur pada manometer analog. Selang masukan manometer digital dihubungkan dengan tebung gas yang dilengkapi manometer analog. Manometer analog yang digunakan sebagai pembanding adalah pressure gauge merk Tekiro. Tekanan dalam tabung diatur bervariasi sampai 100 kPa dengan cara mengisikan udara ke dalam tabung menggunakan pompa, kemudian tekanan terukur pada manometer analog dan manometer digital dicatat sebagai data perbandingan alat. Data yang dicatat dimulai dari 20 kPa, sesuai dengan skala terkecil dari manometer analog. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

435


ISSN 1411-4771

Tabel 1. Perbandingan tekanan terukur pada manometer analog dengan manometer digital Tekanan Manometer Analog (kPa) 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tekanan Manometer Digital (kPa) 18.578 29.705 39.441 49.078 59.013 67.854 79.379 89.81 99.447

KESIMPULAN Manometer digital menggunakan sensor MPX2100GP yang menghasilkan perbedaan tegangan berdasarkan tekanan yang diberikan. Tegangan keluaran sensor dikuatkan oleh rangkaian penguat instrumentasi menjadi tegangan antara 0 sampai 5 V. Perbandingan tegangan keluaran penguat instrumentasi dengan tekanan secara konfigurasi differential menghasilkan persamaan karakteristik V = 0,049 P – 0,081, dengan V adalah tegangan dan P adalah tekanan. Manometer digital yang dibuat telah diimplementasikan sebagai alat ukur tekanan gas dalam tabung tertutup, dengan karakteristik span 100 kPa, sensitivitas 1 kPa, dan akurasi 98,05 %. Manometer digital yang dibuat dilengkapi dengan program pencatatan data secara otomatis, kontinyu dan real time menggunakan komunikasi serial dengan komputer. Data hasil pengukuran disimpan pada file tekanandetik.txt, tekananmenit.txt dan tekananjam.txt sesuai dengan selang waktu tiap detik, menit, dan jam. Program ini juga dilengkapi dengan grafik pengukuran yang menunjukkan waktu pengukuran dan nilai tekanan terukur tiap detik.

UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Kementrian Riset dan Teknologi Republik Indonesia (Kemenristek RI) yang telah mendanai penelitian ini melalui skema hibah penelitian Insentif Riset Terapan, Sistem Inovasi Nasional (SINas) Tahun 2012. DAFTAR PUSTAKA 1.

BTMP, 2010. Pengukuran Aliran. Pelatihan Kalibrasi Flowmeter.

2.

A.J. Fuadi, I. Sugriwan, 2011. Analisa Kebutuhan Energi Uap Pada Proses Produksi Crude Palm Oil (CPO) di PT Ladangrumpun Suburabadi PKS Angsana Kabupaten Tanah Bumbu Kalimantan Selatan. Laporan Kerja Praktik. Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru.

3.

436

N. Adrian, 2010. Alat Ukur Tekanan. http://adrian_nur.staff.uns.ac.id



4.

ISSN 1411-4771

Motorola Inc. 2008. MPX2100 Series: 100 kPa On-Chip Temperature Compensated & Calibrated Silicon Pressure Sensors. Semiconductor Technical Data.

5.

A.P. Malvino, 1985. Prinsip-Prinsip Elektronika Edisi Ketiga Jilid 2. Penerbit Erlangga. Jakarta.

6.

D.L. Terrel, 1996. Op-Amps: Design, Applications, and Troubleshooting. Elsevier Science and Technology. Oxford UK.

7.

Iswanto. 2008. Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic. Penerbit Gava Media. Yogyakarta.

8.

MCS Electronics. 2011. Bascom-AVR Help.

9.

B.

Buchanan,

2011.

VB

(Serial

Comms),

http://www.soc.napier.ac.uk/~bill/pdf/Io_ch26.PDF 10.

I. Sugriwan, M.S. Muntini, Y.H. Pramono, 2010, “Perancangan Sistem Instrumentasi untuk Mengukur Derajat Layu pada Pengolahan Teh Hitam”. Tesis Magister Jurusan Fisika FMIPA ITS Surabaya

11.

A.J. Fuadi, I. Sugriwan dan A.E. Fahruddin. 2012. Manometer Digital Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 Menggunakan Sensor MPX2100GP. Skripsi. Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru.

DISKUSI SEMINAR Pertanyaan: 1.

Apa alasan menggunakan bahasa pemrograman visual basic?, mengapa tidak menggunakan bahasa pemrograman yang lain seperti delphi, matlab atau lainnya?

2.

Apa goal akhir dari pengembangan sistem instrumentasi pada biogas?

Jawab: 1.

Pemilihan bahasa pemrograman pada dasarnya tergantung pada bahasa apa yang dikuasai oleh peneliti, karena secara struktur, semua bahasa pemrograman relatif mirip, hanya beda di sintaks saja. Namun demikian, masing-masing bahasa pemrograman memiliki keunggulan masing-masing, misal bahasa fortran memiliki keunggulan dalam presisi, matlab memiliki keunggulan dalam komputasi, bahasa C memiliki keunggulan di kecepatan eksekusi, dan bahasa visual (VB, delphi) memiliki keunggulan di grafis.

2.

Tujuan akhir dari pengembangan sistem instrumentasi pada produksi biogas adalah mengembangkan digester biogas yang terinstegrasi dengan sistem pendukung elektronik. Parameter biogas dapat dipantau dan dikendalikan secara elektronis dengan memanfaatkan sensor dan data dapat dikirim secara nirkabel (wireless sensor networks) Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

437


ISSN 1411-4771

DATA AKUISISI PERUBAHAN TEMPERATUR BERBASIS ATMEGA 8535 UNTUK MENENTUKAN NILAI KONDUKTIVITAS TERMAL DARI BAHAN MORTAR Lukman Faris N., Ayu Yuswita Sari, Priyo Sardjono Research Center for Physics-LIPI Kawasan Puspiptek, Serpong- Tangerang Selatan Email: [email protected] ABSTRAK Alat uji konduktivitas termal yang ada di Pusat Penelitian Fisika merupakan salah satu alat uji yang sering digunakan dalam pengujian sifat thermal suatu bahan. Salah satu kelemahan alat ini adalah pengambilan data dari perubahan suhu T1 dan T2 secara manual. Alat ini menganalisa pada dua titik pengukuran temperatur dan sangat tergantung pada pengamatan operator, sehingga rawan dengan tingkat kesalahan. Dalam makalah ini akan dilakukan modifikasi dari sistem pengamatan secara manual menjadi sistem otomatisasi. Sistem otomatisasi pengukuran temperatur akan menggunakan LM 35 sebagai tranduser suhu dan mikrokontroler ATMEGA 8535 sebagai pengolah data ADC dan sekaligus mengirimkan data suhu ke komputer melalui komunikasi serial. Data akan diolah oleh komputer untuk dimasukkan ke database excel menggunakan program Visual Basic untuk digunakan mengukur besaran konduktivitas termal. Dari hasil ujicoba pengamatan suhu dengan sampel berupa bahan mortar beton ringan, diperoleh nilai T1 = 99,7oC, T2 = 32,7oC, kemiringan, dT/dt = 0,005 oC/detik dan K = 0,032 W/m K. Nilai pengukuran yang diperoleh relatif akurat dibandingkan dengan cara manual maupun referensi. Kata kunci: Konduktivitas termal, mikrokontroler ATMEGA 8535, mortar, otomatisasi ABSTRACT The thermal conductivity measurement test at the research centre for physics is one of the measurement device that commonly used to measure the material thermal properties. One of the disadvantages of this measurement test is it collect the temperature differences between T1 and T2 data manually. It analyze at two point measurement temperature and is affected by the operator view, therefore it can cause error. In this paper we will modify the manual measurement test system into automatic system. The automatic measurement system will use LM 35 as the thermal transducer and microcontroller ATMEGA 8535 as the ADC data analysis and will transfer the temperature data to the computer using serial communication. The data will be processed in the computer and transform into database excel using Visual Basic programme to measure the thernal conductivity. Based on the temperature measurement observation using light weight mortar sampel, it is concluded that the value of T1 = 99,7oC, T2 = 32,7oC, slope, dT/dt = 0,005 oC/s and K = 0,032 W/m K. This value is relatively accurate compared to the manual measurement and reference. Keywords: ATMEGA 8535 microcontroler, mortar, otomatisation, thermal conductivity

438



ISSN 1411-4771

PENDAHULUAN Alat uji konduktivitas termal yang ada di Pusat Penelitian Fisika - LIPI sering digunakan untuk menguji sifat termal suatu bahan terutama pengguna jasa dan konsumen. Selama ini pengambilan data dari alat ini dilakukan secara manual, untuk itu ada gagasan untuk memodifikasi pengambilan data perubahan suhu sebagai fungsi waktu dengan cara otomatisasi. Nilai konduktivitas termal diperoleh dari data suhu yang diambil secara berkala setiap dua menit pada dua titik pengukuran pada perubahan temperatur T1 dan T2. Pengamatan penurunan temperatur T2 yang dimulai 10oC di atas suhu steady state (setimbang) dari data suhu kenaikan yang diperoleh. Kemudian data-data tersebut dimasukkan ke database excel untuk diolah kembali guna menentukan nilai konduktivitas termal. Akibat faktor kelelahan atau human error dapat menyebabkan ketidakpastian pengukuran yang relatif cukup besar. Berdasarkan hal-hal tersebut di atas maka perlu dibuat alat otomatisasi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroller ATMEGA 8535 yang digunakan untuk mengolah data dari sensor suhu LM 35 [1] untuk mendeteksi perubahan temperatur pada dua titik pengukuran suhu T1 dan T2. Fungsi lain dari mikrokontroler ini juga untuk mengirimkan data melalui komunikasi serial ke komputer melalui rangkaian MAX 232 Selanjutnya data diolah ke database excel yang digunakan untuk menentukan besaran konduktivitas termal. Pemilihan mikrokontroller ATMEGA 8535 pada mikrokontroller berdasar pada banyak beredarnya dipasaran serta murah harganya. Selain itu di dalam mikrokontroler tersebut telah memiliki ADC internal sehingga lebih memudahkan dan ringkas dalam rancang bangun rangkaian elektronikanya. Pemilihan LM 35 sebagai sensor suhu dikarenakan memiliki ukuran yang pas untuk titik pengujian pada alat uji konduktivitas thermal dan memiliki jangkauan suhu uji yang tepat sesuai spesifikasi alat uji konduktivitas termal. Dari penelitian ini diharapkan dapat mempermudah pengambilan data dan mempercepat menghitung nilai konduktivitas termal dari suatu bahan serta memperkecil tingkat kesalahan pengamatan. Disamping itu juga dapat mengurangi beban kerja operator pengambil data dan mengurangi tingkat ketidakpastian akibat kesalahan pengukuran. TEORI a. Perpindahan Energi Termal Energi termal dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain, jika diantara bendabenda tersebut mempunyai perbedaan temperatur, yaitu dari temperatur lebih tinggi ke Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

439


ISSN 1411-4771

temperatur yang lebih rendah. Berdasarkan Hukum Fourier, kuantitas perpindahan panas antar dinding homogen [1] secara konduksi dinyatakan dengan:

= −

(1)

dQ/dt adalah jumlah kalor yang melalui dinding dengan luas penampang A dan gradien temperaturnya adalah dT/dx. Tanda minus (-) menunjukkan bahwa panas mengalir dari bagian yang temperatur lebih tinggi ke temperatur lebih rendah. Pada keadaan steady state (tunak), persamaan (1) dapat ditulis menjadi: =−

∆

(2)

Apabila diasumsikan Qin = Qkonduksi, maka nilai konduktivitas thermal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3. =−

..

! # %&'( "

(3)

) (* +, )

dimana: Q = kuantitas panas yang dipindahkan (W) K = Konduktivitas termal bahan uji (W/m oC) ∆T = perbedaan temperatur antara kedua permukaan dinding (oC) l

= X = tebal dinding (m) = 1,33 cm

Cp = panas jenis pelat alas = 0,1099 kal/gram oC m = massa pelat alas = 1800 gram b. Analog to Digital Converter (ADC) Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi kode – kode digital. ADC banyak digunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/ pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/ berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer). ADC (Analog to Digital Converter) memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).

440



ISSN 1411-4771

Gambar 1 ADC dengan kecepatan sampling rendah dan kecepatan sampling tinggi

Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh: ADC 8 bit akan memiliki output 8 bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2n – 1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 12 bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit. Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. c. Komunikasi Data Serial Ada dua cara komunikasi data serial: a. Komunikasi data serial sinkron, pada komunikasi data serial ini clock dikirimkan bersama-sama dengan data serial b. Komunikasi data serial asinkron, pada jenis ini clock tidak dikirimkan bersama data

serial,

tetapi

dibangkitkan

secara

sendiri-sendiri

baik

pada

sisi

pengirim(transmitter) maupun penerima (receiver) Komunikasi data serial ini dilakukan oleh UART (Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter). IC UART dibuat khusus untuk mengubah data parallel menjadi data serial yang kemudian diubah kembali menjadi data parallel. Pada UART, kecepatan pengiriman data (baud rate) dan fase clock pada sisi transmitter dan receiver harus sinkron. Upaya sinkronisasi dilakukan melalui adanya bit ‘Start’ dan ‘Stop’. Kecepatan transmisi (baud rate) dapat dipilih bebas dalam rentang tertentu. Dalam komunikasi data serial, baud rate dari kedua alat yang berhubungan harus diatur pada kecepatan yang sama, selanjutnya harus ditentukan panjang data, paritas dan jumlah bit ‘stop’. Standar sinyal komunikasi serial yang banyak digunakan adalah Standar RS232 yang dikembangkan oleh EIA/TIA Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

441


ISSN 1411-4771

Standar sinyal serial RS 232 memiliki ketentuan level tegangan sebagai berikut 1. Logika ‘1’ disebut ‘mark’ terletak antara -3 volt hingga -25 volt. 2. Logika ‘0’ disebut ‘space’ terletak antara +3 volt hingga +25 volt 3. Daerah tegangan antara -3 Volt hingga +3volt adalah invalid level, yaitu daerah tegangan yang tidak memiliki level logika pasti sehingga perlu dihindari. Demikian juga level tegangan dibawah -25 Volt dan diatas 25 Volt harus dihindari karena dapat merusak line driver pada saluran RS232 Jika kecepatan transfer data dari DTE ke DCE (misal computer ke modem) lebih cepat dari pada transfer data dari DCE ke DCE (misal modem ke modem), hal tersebut dapat mengakibatkan kehilangan data karena buffer pada DCE mengalami overflow. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan flow control. Dikenal dua macam flow control, yaitu secara software atau sering disebut Xon/Xoff Flow Control menggunakan karakter Xon (tipikalnya karakter ASCII 17) dan karakter Xoff (tipikalnya karakter ASCII 19) untuk melakukan control. DCE akan mengirimkan Xoff ke computer untuk memberitahukan computer agar menghentikan pengiriman data jika buffer pada DCE telah penuh. Jika buffer telah kembali siap menerima data, DCE akan mengirimkan karakter Xon ke computer dan computer akan mengirimkan data selanjutnya sampai data terkirim semua atau computer menerima karakter Xoff lagi. Keuntungan flow control secara software ini adalah hanya diperlukan kabel sedikit karena karakter control dikirimkan lewat saluran TX/RX. Akan tetapi, kecepatan pengiriman data menjadi lambat. Flow control secara hardware atau sering disebut RTS/CTS Flow control menggunakan dua kabel untuk melakukan pengontrolan. Komputer akan menset saluran Request To Send dan computer akan mulai mengirimkan data. Jika buffer telah penuh, maka saluran akan direset dan computer akan menghentikan pengiriman data sampai saluran ini diset kembali.

Gambar 2 Konfigurasi pin dan nama sinyal konektor serial DB 9 442



ISSN 1411-4771

Penjelasan mengenai fungsi saluran RS232 pada konektor DB 9 adalah sebagai berikut: •

Received Line Signal Detect, dengan saluran ini DCE memberitahukan ke DTE bahwa pada terminal masukan ada data masuk.

•

Receive Data, digunakan DTE menerima data dari DCE.

•

Transmit Data, digunakan DTE mengirimkan data ke DCE

•

Data Terminal Ready, pada saluran ini DTE memberitahukan kesiapan terminal

•

Signal Ground, saluran ground.

•

Ring Indicator, pada saluran ini DCE memberitahu ke DTE bahwa sebuah stasiun menghendaki hubungan dengannya.

•

Clear To Send, dengan saluran ini DCE memberitahukan bahwa DTE boleh mengirimkan data.

•

Request To Send, dengan saluran ini DCE diminta mengirim data oleh DTE

•

DCE ready, sinyal aktif pada saluran ini menunjukkan bahwa DCE sudah siap.

Untuk dapat menggunakan port serial, perlu mengetahui alamatnya. Tepatnya bisa melihat pada peta memori tempat menyimpan alamat tersebut yang disebut base address. Setelah mengetahui base addres-nya maka dapat menentukan alamat register-register yang digunakan untuk komunikasi port serial ini Keterangan mengenai fungsi register-register yang diguanakan komunikasi serial antara lain: •

RX Buffer, digunakan untuk menampung dan menyimpan data dari DCE.

•

TX Buffer, digunakan untuk menampung dan menyimpan data yang akan dikirim ke port serial.

•

Baud rate Divisor Latch LSB, digunakan untuk menampung byte bobot rendah untuk pembagi clock pada IC UART agar diperoleh baud rate yang tepat

•

Baud rate Divisor Latch MSB, digunakan untuk menampung byte bobot rendah untuk pembagi clock pada IC UART sehingga total angka pembagi adalah 4 byte yang dapat dipilih dari 0001h sampai FFFFh.

•

Interupt Enable Register, digunakan untuk menset interupsi apa saja yang akan dilayani computer.

•

Interupt Identification Register, digunakan untuk menentukan urutan prioritas interupsi. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

443


•

ISSN 1411-4771

Line Control Register, digunakan untuk menentukan jumlah bit data, jumlah bit parity, jumlah bit stop, serta menentukan apakah baud rate divisor dapat diubah atau tidak.

•

Modem Control Register, digunakan untuk mengatur saluran pengatur modem terutama saluran DTR dan saluran RST.

•

Line Status Register, digunakan untuk menampung bit-bit yang menyatakan keadaan penerimaan atau pengiriman data dan status kesalahan operasi.

•

Modem Status Register, digunakan untuk menampung bit-bit yang menyatakan status dari saluran hubungan dengan modem

METODOLOGI Perangkat konduktivitas thermal dengan metode Less diperlihatkan pada gambar 3.

Ketel pemanas

Sensor Temperatur T1

Tali penggantung

Pelat atas

Sampel Sensor Temperatur T2

Pelat bawah

Gambar 3. Perangkat alat ukur konduktivitas thermal metode Less

Pada gambar 3, peralatan konduktivitas bekerja apabila air panas sudah mendidih dan akan mengalir dengan sendirinya ke ketel pemanas. Kemudian perpindahan panas melalui konduksi ke sampel berupa bahan mortar. Suhu pada bagian atas sampel (pelat atas) diamati pada T1 dan suhu pada bagian bawah diamati pada T2. Kedua suhu tersebut diamati sebagai fungsi waktu. Dengan mengetahui besaran-besaran tersebut maka nilai konduktivitas termal dari suatu bahan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3. Perangkat keras alat otomatisasi yang dirancang pada pengukuran konduktivitas termal terdiri dari: sensor suhu LM 35, minimum sistem mikrokontroler 8535, rangkaian IC

444



ISSN 1411-4771

MAX 232 dan komputer. mputer. Pada gambar 4 ditunjukkan diagram blok alat otomatisasi pengukuran temperatur.

Gambar 4. Diagram blok alat otomatisasi pengukuran temperatur.

Untuk mengolah data komunikasi serial dari sensor suhu LM 35 maka perlu dibuat suatu program mikrokontroler untuk mengirim data tersebut ke komputer dengan bantuan program worksheet excel. Sensor suhu LM 35 sebanyak 2 buah yang berfungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan, artinya setiap perubahan suhu 1ºC akan menunjukan m perubahan tegangan sebesar 10 mV [4] . Mikrokontroler ATMEGA 8535 memiliki ADC 10 bit dengan 8 channel (hanya digunakan dua channel yaitu channel 2 dan 3), dimana berfungsi untuk menerima tegangan dari sensor LM 35. Mikrokontroler ini juga dilengkapi dengan port p USART untuk komunikasi serial dan berkomunikasi dengan komputer. Rangkaian IC MAX 232 berfungsi untuk merubah level tegangan pada COM menjadi menja level tegangan TTL/CMOS dan sebaliknya [5] . Komputer berfungsi untuk mengolah data hasil komunikasi serial dari mikrokontroler dan mengirimkannya ke worksheet excel. Skematik rancangan rangkaian minimum sistem mikrokontroler, sensor dan konverter IC max ma 232 diperlihatkan pada gambar 5.

Gambar 5. Rangkaian minimum sistem mikrokontroler, sensor dan IC max 232. Palangkaraya, 19-20 20 Oktober 2012 |

445


ISSN 1411-4771

Pada gambar 6 diperlihatkan rancangan rangkaian power suply dan pada gambar 7 merupakan flowchart rancangan program mikrokontoller dan Visual Basic.

Gambar 6. Rancangan rangkaian power suply.

Gambar 7. Flowchart program mikrokontoller dan Visual Basic.

Pada gambar 7, perangkat lunak terdiri dari 2 bagian yaitu mikrokontroler dan komputer. Program mikrokontroler berfungsi membaca data pada adc dan merepresentasikan perubahan suhu, mengolah data tersebut serta mengirimkannya ke komputer melalui komunikasi data serial dengan menggunakan bahasa c codevision avr. Sedangkan program pada komputer berfungsi untuk menerima data hasil komunikasi serial dengan mikrokontroler, mengolah datanya dan mengirimkan serta menampilkan hasilnya pada worksheet excel dan label, bahasa pemrograman yang digunakan adalah visual basic (visual studio 2010) [2] [3]. 446



ISSN 1411-4771

Setelah perangkat keras dan lunak terangkai maka perlu dilakukan pengecekan untuk masing-masing tahapannya. Merangkai hardware pada alat uji konduktivitas thermal. Pada bagian ini kedua sensor suhu LM 35 dipasang pada masing-masing tempat pada alat uji konduktivitas thermal. Untuk pemasangan sensor suhu agar diperhatikan untuk tidak tertukar antara untuk bagian atas dan bawah. Selain itu juga menghubungkan kabel serial rangkaian mikrokontroller ke port serial komputer. Sistem operasional hardware dan software. Di dalam alat otomatisasi pengambilan data temperatur baru dapat dimulai apabila semua hardware telah terpasang pada alat uji konduktivitas thermal. Kemudian baru dapat dioperasikan hardware dengan menghubungkan kabel power. Pengujian komunikasi serial antara mikrokontroler dan komputer menggunakan hyper terminal. Sebelum alat dioperasikan maka perlu untuk mengecek komunikasi antara mikrokontroller dan komputer, yang sebelumnya disamakan dulu setting portnya. Pengoperasian software Visual Basic dapat dilakukan jika pengecekan komunikasi telah dilakukan. Pengambilan data kenaikan temperatur. Setelah software beroperasi, maka tekan tombol kenaikan/penurunan untuk merekam dua data kenaikan suhu ke worksheet excel. Pastikan sampai data suhu steady state atau selama 10 menit data tidak berubah, berdasarkan hasil percobaan dibutuhkan waktu sekitar 1 jam. Apabila keadaan steady state tercapai maka tekan tombol simpan pada software, agar data tersimpan dalam worksheet excel. Kenaikan suhu (pelat bawah) pada worksheet excel. Buka worksheet excel yang tersimpan dan catat nilai data suhu bawah terakhir dari alat konduktivitas thermal, data suhu tersebut dijadikan sebagai acuan menaikkan temperatur dari pelat alas. Setelah itu tutup kembali worksheet excel. Mengatur kenaikan suhu pada pelat bawah sebesar 10oC. Naikkan suhu pelat alas sebesar 10oC dari temperatur steady state (T2) tercapai kemudian ketel air dipindahkankan dari alat uji konduktifitas thermal, dan yang ada tinggal sampel dan pelat alas serta sensor suhu LM 35 (pada bagian bawah). Software program kembali diaktifkan, dan monitoring suhu pada software program dipilih lalu tombol kenaikan/penurunan suhu ditekan. Setelah suhu termonitoring maka pelat alas dapat dipanaskan menggunakan kompor. Pengambilan data pada saat penurunan temperatur. Pengambilan data suhu yang termonitoring menunjukkan suhu penurunan pada pelat alas (bagian bawah), hal ini diperlukan untuk mengetahui slope (dT/dt) pada saat proses pendinginan berlangsung. Program ini dijalankan sampai suhu yang terekam mencapai suhu ruang (lebih kurang selama Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

447


ISSN 1411-4771

30 menit). Setelah suhu ruang tercapai maka tombol simpan ditekan agar data suhu penurunan tersimpan dalam worksheet excel. HASIL DAN PEMBAHASAN Uji coba sampel yang dilakukan pada alat otomatisasi pengamatan perubahan temperatur adalah menggunakan mortar beton ringan. Contoh/cuplikan hasil data pengamatan untuk setiap detiknya pada lembar kerja excel diperlihatkan pada Tabel 1. Tabel 1. Temperatur Kenaikan dan Penurunan T1 dan T2 terhadap waktu (detik). Data ke

Pelat Atas, T1 (oC)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dst

Pelat Bawah, T2 (oC)

29.8 29.3 29.3 29.8 29.3 29.8 29.3 29.3 29.8 dst

Penurunan T2 (oC)

30.7 30.3 30.3 30.3 30.3 30.7 29.8 30.3 30.7 dst

42.5 42.5 42.0 42.5 41.5 42.5 42.0 42.0 42.0 dst

Grafik lengkap untuk kenaikan suhu pelat atas, T1 dan pelat bawah, T2 diperlihatkan pada gambar 8 dan pada gambar 9 diperlihatkan pada saat penurunan temperatur T2 sebagai fungsi waktu, setelah diolah dengan microsoft excel. 120 T1 = 99.7 oC

Temperatur (oC)

100 80 60

T2 = 32.7 oC

40 20 0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Waktu (detik) Gambar 8. Hubungan antara kenaikan temperatur T1 dan T2 terhadap waktu (detik).

448



ISSN 1411-4771

Temperatur, T2 (oC)

45

40

35

30

y = -0,005x + 40,77

25 0

500

1000

1500

2000

Waktu (detik) Gambar 9. Hubungan antara penurunan temperatur T2 terhadap waktu (detik).

Dari gambar 8 dan 9 diperoleh nilai T1 = 99,7oC, T2 = 32,7oC dan slope, dT/dt = 0,005 o

C/detik, kemudian setelah disubsitusi ke dalam persamaan 2 maka diperoleh nilai

konduktivitas termal dari bahan mortar beton ringan, K = 0,032 W/m K. Sedangkan berdasarkan referensi nilai K untuk bahan yang sama adalah berkisar 0,035 W/m K [6] dan pengukuran langsung secara manual diperoleh nilai K sebesar 0,072 W/m K. Ternyata dengan bantuan sistem otomatisasi pengamatan perubahan temperatur sangat efisien sekali dalam mengkomfile data dan pengolahan datanya relatif lebih baik. KESIMPULAN DAN SARAN Dari disain sistem otomatisasi pengukuran temperatur dengan menggunakan LM 35 sebagai tranduser suhu dan mikrokontroller ATMEGA 8535 sebagai pengolah data ADC dan sekaligus mengirimkan data suhu ke komputer melalui komunikasi serial telah berfungsi dengan baik. Hasil uji coba untuk pengukuran besaran konduktivitas termal dari bahan mortar beton ringan dengan menggunakan bahasa Visual Basic relatif menghasilkan nilai yang lebih akurat, relatif mempermudah beban kerja operator serta efisiensi waktu dan merupakan suatu solusi peremajaan alat ukur besaran fisis. UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini penulis banyak mengucapkan terima kasih pada kepala Pusat Penelitian Fisika LIPI atas fasilitas dan kesempatan melakukan penelitian ini. Dalam kesempatan ini penulis juga tak lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada Dr. R. Harry Aryadi M.Sc, Ir. Tita Aisyah MT dan Prof. Perdamean Sebayang atas bimbingannya hingga terselesainya tulisan ini. Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

449


ISSN 1411-4771

DAFTAR PUSTAKA 1. Heri Andrianto, Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA 16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR), INFORMATIKA, Bandung,2008. 2. Agus M., J.Alam, Rahasia Menggunakan Excel sebagai Input/Output Program VB 6, ELEX MEDIA KOMPUTINDO, Bandung,2008. 3. Retna Prasetia, Catur Edi Widodo, Teori dan Praktek Interfacing Port Paralel dan Port Serial Komputer dengan Visual Basic 6.0, ANDI, Semarang, 2004. 4. Aditya. Cara Kerja LM 35 Sensor, http://aditya0707.wordpress.com/2011/10/10/carakerja-sensor-suhu/, diakses tanggal 4 September 2012. 5. Jimmy.

IC

MAX

232,

http://jimmyrahdiansyah.wordpress.com/2010/10/05/ic-

max232/, diakses tanggal 4 September 2012. 6. Thermal

Conductivity

of

some

common

Materials

and

Gases,

http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html, diakses tanggal 4 September 2012.

450



ISSN 1411-4771

PERANCANGAN SISTEM PENGUKURAN KERATAAN JALAN MENGGUNAKAN MEMS ADXL 330 DAN KARTU DATA AKUISISI Nursidik Yulianto1, Suryadi1, Prabowo Puranto1, Hendra Adinanta1, Novianti Lasmaria2 1

Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangsel, Banten 15314 2 Universitas Sumatera Utara Email: [email protected] ABSTRAK

Telah dibuat suatu sistem yang digunakan untuk mengukur kerataan jalan dengan menggunakan sensor microelectro mechanical system ADXL 330. Sensor ini merupakan sensor accelerometer yang digunakan pula untuk mengukur sudut kemiringan. Sensor ini memiliki tiga sumbu x, y dan z yang dapat mengukur adanya vibrasi dari masing-masing sumbu. Keluaran sensor yang berupa sinyal analog kemudian diubah menjadi sinyal digital oleh kartu akuisisi data yang kemudian diolah untuk mengetahui kerataan suatu jalan. Sistem telah diuji dengan mengukur suatu jalan yang kemudian diolah datanya menggunakan metode FFT untuk mengetahui nilai vibrasi pada domain frekuensi. Kata kunci : Kerataan Jalan, Sensor Accelerometer, vibrasi ABSTRACT A system that is used to measure the flatness of the road with a microelectro mechanical system ADXL 330 sensor has been done. This sensor is an accelerometer sensor used to measure the tilt angle. This sensor has three axes x, y and z which can measure the vibration of each axis. Sensor output in the form of an analog signal is then converted into digital signals by a data acquisition card. The data is processed to determine the flatness of the road. The system was tested by measuring the way the data was processed using the FFT method to determine the value of vibration in the frequency domain. Key words : Flatness, Accelerometer Sensor, Vibration

PENDAHULUAN Sejumlah bagian jalan atau bahkan ruas jalan di sebagian wilayah banyak dijumpai dalam kondisi rusak dengan berbagai jenis tingkatannya. kerusakan yang terjadi banyak jenisnya, tetapi pada umumnya adalah kerusakan jalan berupa retak-retak (cracking), berupa gelombang (corrugation), kerusakan berupa alur/cekungan arah memanjang jalan sekitar jejak roda kendaraan (rutting), genangan aspal dipermukaan jalan (bleeding), dan berupa lubang (pothole). Bahkan kerusakan tersebut bisa terjadi pada jalan yang menggunakan beton aspal sebagai lapis permukaannya.


451


ISSN 1411-4771

Kerusakan tersebut bahkan banyak yang dapat dikategorikan sebagai rusak berat dan sedang. Faktor-faktor pengaruh penyebab kerusakan jalan yang paling sering dianggap menjadi masalah bagi masyarakat diantaranya yaitu faktor curah hujan yang tinggi, faktor sistem drainase yang kurang berfungsi dengan baik dan juga faktor persentase kendaraan berat yang melintas di suatu ruas jalan(overload), panas/suhu udara, air dan hujan, serta mutu awal produk jalan yang jelek. Oleh sebab itu disamping direncanakan secara tepat jalan harus dipelihara dengan baik. Pengukuran kondisi kerataan dan perkerasan perlu dilakukan secara periodik baik struktural maupun non-struktural untuk mengetahui tingkat pelayanan jalan yang ada. Pemeriksaan non-struktural (fungsional) antara lain bertujuan untuk memeriksa kerataan (roughness), kekasaran (texture), dan kekesatan (skid resistance). Pengukuran sifat kerataan lapis permukaan jalan akan bermanfaat di dalam usaha menentukan program rehabilitasi dan pemeliharaan jalan. Di Indonesia pengukuran dan evaluasi tingkat kerataan jalan belum banyak dilakukan salah satunya dikarenakan keterbatasan peralatan. Karena kerataan jalan berpengaruh pada keamanan dan kenyamanan pengguna jalan maka perlu dilakukan pemeriksaan kerataan secara rutin sehingga dapat diketahui kerusakan yang harus diperbaiki. Seiring perkembangan teknologi semikonduktor maka dirancanglah sebuah system sederhana yang memiliki fungsi mengetahui tingkat kerataan jalan berbasis MEMS. DASAR TEORI MEMS ADXL 330 Accelerometer adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur getaran (vibrasi), mengukur percepatan akibat gravitasi (inklinasi), mengukur kecepatan dan kejutan. Sensor accelerometer mengukur percepatan akibat gerakan benda yang melekat atau perubahan gerakan yang sama pada sensor. MEMS (Micro-electro Mechanical System) merupakan sebuah sensor mekanik yang dikemas ke dalam bentuk Integrated Circuit (IC) yang berfungsi sebagai sensor accelerometer berdasarkan perubahan kapasitansi.

Karena merupakan sebuah microelectronic maka

komponen utama penyusunnya adalah silicon dan dalam ukuran micron. Gambar 1 menunjukkan struktur MEMS.

452


Prosiding Simposium Fisika Nasional XXV Motion x C 1

ISSN 1411-4771

K1

V -V0

V0

Proof mass mova ble micro struct K2 ure

Base (substrate)

Vv

Gambar 1 Struktur MEMS

Prinsip dasar dari sensor MEMS adalah capasitive sensor dimana dengan percepatan getaran tertentu akan mengakibatkan perubahan kapasitansi dan pada akhirnya akan mengakibatkan perubahan tegangan output dari sensor MEMS seperti persamaan di bawah: ………………………………………………………………………. (1) dan output tegangan sensor nsor kapasitif dari sensor MEMS ditentukan oleh persamaan: ……………………………………………………………………… (2) Dapat disimpulkan bahwa perubahan kapasitansi mengakibatkan perubahan tegangan pada sensor output, sedang perubahan kapasitansi berbanding lurus dengan percapatan getaran dimana

.

DAQ NI 6009 Pada penelitian dibutuhkan alat yang dapat mentransformasi sinyal sin dari sensor ke PC dan control dari PC ke komponen dan sebagai data akuisisi real time maka digunakan DAQ NI USB 6009. DAQ NI USB 6009 adalah data akuisisi buatan National Instrument yang memiliki 8 channel analog input dan 12 channel digital input/output. input/outp

Gambar 2 DAQ NI 6009 Palangkaraya, 19-20 20 Oktober 2012 |

453


ISSN 1411-4771

Berkembangnya teknologi USB telah menjadi inti aplikasi pengukuran sebagai port yang universal. NI USB 6009 memiliki konektivitas USB plug and play, simple, kompak dan mudah digunakan pada pengukuran dengan kompleksitas tinggi. Beberapa aplikasi dari DAQ NI 6009 diantaranya adalah data logging untuk mengukur tegangan secara real time dan OEM sebagai I/O embedded system. PERANCANGAN SISTEM Perancangan system ini bertujuan untuk mengukur cepat kerataan jalan pada beberapa ruas jalan yang telah ditentukan, dengan menggunakan MEMS Accelerometer ADXL330. pada gambar 3 menunjukkan Blok diagram Sistem.

Accelerometer ADXL330 triple axis

DAQ NI USB 6009 PC

Gambar 3. Blok Diagram Sistem

MEMS accelerometer ADXL330 akan mendeteksi perubahan struktur jalan sesuai dengan perubahan percepatan gravitasi pada sumbu x, y dan z, kemudian data time domain akan diubah menjadi frekuensi domain dan dikirim ke DAQ NI 6009 untuk proses akuisisi. Data hasil akuisisi akan ditampilkan pada PC menggunkan Visual Basic. Dalam perancangan hardware bahan yang dipakai adalah accelerometer sebagai sensor yang mengukur perubahan percepatan, output yang dihasilkan berupa tegangan dan data diakuisisi menggunakan DAQ NI USB 6009, untuk mengetahui karakteristik sensor maka dirancanglah pengujian MEMS accelerometer ADXL330 pada perubahan kemiringan 3 sumbu sebagai simulasi perubahan kerataan jalan yang dapat dirubah parameter sudutnya, pengujian ini akan memperlihatkan perubahan tegangan sensor pada DAQ NI USB 6009 dibandingkan sudut pada digital water pass. Gambar 4 adalah gambar pengujian karakteristik pada Rotator .

454



ISSN 1411-4771

Gambar 4. Rotator Dital water pass

Untuk membaca hasil keluaran DAQ NI USB 6009 pada PC maka dibuat interface pembaca tegangan dan frekuensi menggunakan Visual Basic. Data akan membaca 3 channel axis output sensor dan disimpan pada database. Gambar 5 adalah tampilan pada Visual Basic.

Gambar 5. Tampilan pada Visual basic

Parameter pada sumbu x, y dan z akan dibaca dan dirubah pada bentuk grafik perbnadingan FFT magnitude dengan frekuensi. Berikut adalah potongan skrip pada Visual Basic yang digunakan: 4. Hasil Uji Coba


455


ISSN 1411-4771

HASIL PENGUJIAN Pengujian Karakterisasi Pada pengujian karakteristik accelerometer menggunakan rotator di setting pada perubahan kemiringan -450,00 dan 450 dengan perbedaan perubahan 10, pada gambar 6 adalah grafik perubahan tegangan pada saat accelerometer digerakkan pada sumbu x sedangkan sumbu y dan z disetting konstan. Gambar 7 adalah grafik perubahan tegangan pada saat accelerometer digerakkan searah sumbu y sedangkan sumbu x dan z konstan.

Gambar 6. Grafik Perubahan Tegangan Terhadap Besar Sudut pada Sumbu X Accelerometer

Gambar 7. Grafik Perubahan Tegangan Terhadap Besar Sudut pada Sumbu Y Accelerometer

Dari gambar 6 dapat dilihat bahwa nilai Vx berubah secara linier terhadap perubahan besar sudut dengan persamaan Vx=-0.006x+1,789. Dari persamaan dapat diketahui bahwa pertambahan nilai tegangan akan semakin kecil seiring dengan pertambahan sudut positif atau arah gerak kearah sisi kanan sensor accelerometer. Nilai Offset sebesar 1,789 Volt dan tegangan Vy yang bernilai konstan pada table 1. Pada gambar 7 dapat dilihat besarnya nilai Vy berubah secara linier terhadap perubahan besar sudut dengan persamaan Vy=-0.006x+1,773. Nilai Offset sebesar 1,773 Volt dan tegangan Vx cenderung bernilai konstan pada table 2. Tabel 1. Perubahan Tegangan Keluaran terhadap sudut pada sumbu X

456


Tabel 2. Perubahan Tegangan Keluaran terhadap sudut pada sumbu Y


ISSN 1411-4771

Pengujian Kerataan Jalan Pada saat mobil berjalan, ban mobil akan mengkuti struktur jalan yang dilaluinya, sehingga sensor accelerometer yang terpasang pada mobil akan merespon sesuai gerakan ban mobil. Pada saat mobil bergerak miring, accelerometer akan membaca membaca perubahan sudut dan memberikan tegangan keluaran yang dibaca oleh data akuisisi dan ditampilkan pada Visual Basic dan disimpan pada database.

Gambar 8. Pengaruh kerataan jalan terhadap perubahan besar sudut kemiringan pada sumbu X dan Y antara mobil dan jalan di kondisi jalan yang tidak rata

Data dari pengukuran jalan adalah perubahan tegangan akibat adanya perubahan gerakan pada tiap sumbu accelerometer khusus pada sumbu Z pengukurannya dipengaruhi oleh vibration.. Data time base kemudian dirubah dirubah menjadi domain frekuensi dengan FFT (Fast Fourier Transform)) dengan persamaan:

……………………………………………………….. (3)

Dengan persamaan FFT akan diperoleh frekuensi untuk masing-masing masing tegangan untuk mencari fft complex dan mendapatkan fft magnitude. Hasil berupa grafik dan digunakan Microsoft excel untuk penyelesain persamaannya. Studi pengukuran pada jalan raya puspiptek oktober 2010 kurang lebih sejauh 5 km dengan tekanan ban mobil depan 30 psi dan ban belakang 35 psi. Didapatkan hasil pada gambar 9, gambar 10 dan gambar 11 memperlihatkan karakteristik pengukuran jalan puspiptek .

Palangkaraya, 19-20 20 Oktober 2012 |

457


ISSN 1411-4771

Tabel

3.

Data pengukuran kerataan puspiptek pada sumbu x

jalan

Gambar 9. Gafik pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu x

Tabel 4. Data pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu y

Gambar 10. Gafik pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu y

Gambar 11. Gafik pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu z

458


Tabel 5. Data pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu z


ISSN 1411-4771

Gambar 12. Jalan raya puspiptek oktober 2010

Dari hasil data dapat diketahui karakteristik jalan raya puspiptek, semakin tinggi perubahan fft magnitude maka perubahan gerakan atau sudut kemiringan semakin besar pada jalan sehingga bias disimpulkan ketidak rataan jalan berbanding lurus dengan tingkat perubahan fft magnitude. KESIMPULAN Pada sensor, nilai sudut akan mengubah nilai tegangan, jika hanya satu sumbu yang berubah maka Tegangan sumbu lainnya cenderung konstan. Semakin kecil sudut kemiringan maka semakin kecil tegangan, Semakin tinggi FFT magnitude nya, keadaan jalan cenderung semakin rusak DAFTAR PUSTAKA Echols, Martin. M &Russo, mark F.1999.Automating Science and Engineering Laboratories With Visual Basic. John Wiley&Sons, Inc Hsu, Tai-Ran.2002. MEMS&Microsystems: design and manufacture. McGraw Hill. San Jose University Oglesby,Clarckson,H.1997. Teknik Jalan raya. Jilid Kedua. Edisi keempat. Erlangga:Jakarta Petroutsos,Evangelos.2002.Menguasai pemrograman database Terhadap Visual Basic6.Elex media Komputindo:Jakarta Rambe,ahmad mulia.2002.Penggunaan sensor getaran Terhadap Visualisasi Vibrasi. Fakultas teknik USU:Medan


459


ISSN 1411-4771

PERANCANGAN SISTEM INFORMASI RUTE TRANSPORTASI DI JAKARTA MENGGUNAKAN FRAMEWORK CODEIGNITER DAN GOOGLE MAPS API Nursidik Yulianto1* Prabowo Puranto1 Tomi Budi Waluyo 1 1

Pusat Penelitian Fisika LIPI Kawasan Puspiptek Tangerang Banten 15314 * Email: [email protected] ABSTRAK Telah dirancang suatu sistem informasi rute transportasi di Jakarta menggunakan peta global virtual gratis yang telah disediakan oleh Google. Sistem ini akan menampilkan rute transportasi pada suatu aplikasi perangkat lunak yang dapat diakses melalui jaringan internet. Aplikasi dirancang menggunakan suatu framework Codeigniter yang dikembangkan lebih lanjut menggunakan program PHP, database MySQL dan Java untuk mengelola fungsi Google Map API. Dengan demikian aplikasi ini dapat digunakan sebagai system navigasi dengan memberikan informasi yang dibutuhkan seperti jarak, posisi, dan rute transportasi yang dibutuhkan oleh pengakses aplikasi ini dengan GPS. MySQL dibuat menjadi system database untuk menyimpan informasi mengenai rute dan posisi longitude/latitude yang akan ditampilkan kepada pengguna aplikasi. Kata kunci: Transportasi, Google Maps, Codeigniter ABSTRACT Has been designed system information of transportation routes in Jakarta that is used free virtual global map which provided by Google. The system showed the transport route to a software application that can be accessed by Internet. Applications is designed using the CodeIgniter framework is further developed using PHP, database MySQL and Java to manage the Google Maps API functions. This application can be used as a navigation system giving information such as distance, position, and transportation routes required by the access of the application from GPS data. The MySQL is designed as database system to store information about the route and position of longitude/latitude that to be displayed to the user application. Keywords: Transportation, Google Maps, Codeigniter PENDAHULUAN Daerah Khusus Ibukota Jakarta (DKI Jakarta, Jakarta Raya) adalah ibu kota negara Indonesia, memiliki luas sekitar 661,52 km² (lautan: 6.977,5 km²) dengan penduduk berjumlah 9.607.787 jiwa (2010). Wilayah metropolitan Jakarta (Jabotabek) yang berpenduduk sekitar 28 juta jiwa, merupakan metropolitan terbesar di Indonesia atau urutan keenam dunia. Transportasi di Jakarta sangatlah vital dengan tersedianya jaringan jalan raya dan jalan tol yang melayani seluruh kota, namun perkembangan jumlah mobil dengan jumlah 460



ISSN 1411-4771

jalan sangatlah timpang (5-10% dengan 4-5%). Dinas Perhubungan DKI, mencatat 46 kawasan dengan 100 titik simpang rawan macet di Jakarta dan data Polda Metro Jaya menunjukkan hingga saat ini jumlah perjalanan di Jakarta ada sekitar 21 juta perjalanan setiap harinya dan jumlah kendaraan bermotor di Jakarta hampir mencapai 9 juta unit. Padatnya perjalanan tersebut dilayani oleh kendaraan pribadi yang jumlahnya sebesar 98% untuk melayani 44% perjalanan. Sementara itu angkutan umum yang jumlahnya hanya 2% harus melayani 56% perjalanan (diantaranya 3% dilayani KA/KRL Jabodetabek). Angka pertumbuhan rata-rata 5 tahun terakhir antara 10% sampai 15% setiap tahunnya. Secara khusus sekarang ini angka pertumbuhan kendaraan mobil per hari ± 300 unit dan sepeda motor per hari 1.500 unit. Salah satu cara mengurangi kemacetan adalah meningkatkan minat menggunakan angkutan massal dan meningkatkan sarana fasilitas umum, salah satunya dengan menyediakan sistem informasi terpadu. Sistem informasi angkutan umum dapat memberikan informasi berupa rute ataupun visualisasi geografis di suatu wilayah. Maka akan dibangun suatu system aplikasi informasi trasportasi dengan Google Maps yang berbasis GIS. DASAR TEORI GIS GIS (Geographic Information System) dalam bahasa inggris atau SIG (Sistem Informasi Geografis) dalam bahasa Indonesia adalah sistem komputer yang digunakan untuk memanipulasi data geografi. Sistem ini diimplementasikan dengan perangkat keras dan perangkat lunak komputer yang berfungsi untuk akusisi dan verifikasi data, kompilasi data, penyimpanan data, perubahan dan pembaharuan data (Bernhardsen 2002). Pada SIG proses yang dilakukan yaitu: 1. Input Data Proses input data digunakan untuk menginputkan data spasial dan data non-spasial. Data spasial biasanya berupa peta analog. Untuk SIG harus menggunakan peta digital sehingga peta analog tersebut harus dikonversi ke dalam bentuk peta digital dengan menggunakan alat digitizer. Selain proses digitasi dapat juga dilakukan proses overlay dengan melakukan proses scanning pada peta analog.


461


ISSN 1411-4771

2. Manipulasi Data Tipe data yang diperlukan oleh suatu bagian SIG mungkin perlu dimanipulasi agar sesuai dengan sistem yang dipergunakan. Oleh karena itu SIG mampu melakukan fungsi edit baik untuk data spasial maupun non-spasial. 3. Manajemen Data Setelah data spasial dimasukkan maka proses selanjutnya adalah pengolahan data nonspasial. Pengolaha data non-spasial meliputi penggunaan DBMS untuk menyimpan data yang memiliki ukuran besar. 4. Query dan Analisis Query adalah proses analisis yang dilakukan secara tabular. Secara fundamental SIG dapat melakukan dua jenis analisis, yaitu: Analisis Proximity, yaitu

merupakan analisis

geografi yang berbasis pada jarak antar layer. SIG menggunakan proses buffering (membangun lapisan pendukung di sekitar layer dalam jarak tertentu) untuk menentukan dekatnya hubungan antar sifat bagian yang ada. Dan kedua Analisis Overlay, Overlay merupakan proses penyatuan data dari lapisan layer yang berbeda. Secara sederhana overlay disebut sebagai operasi visual yang membutuhkan lebih dari satu layer untuk digabungkan secara fisik. 5. Visualisasi Untuk beberapa tipe operasi geografis, hasil akhir terbaik diwujudkan dalam peta atau grafik. Peta sangatlah efektif untuk menyimpan dan memberikan informasi geografis. Google Maps Google Maps adalah layanan gratis dari Google, untuk menambahkan fitur Google Maps dalam web menggunakan Google Maps API. Menggunakan Google Maps API pada dasarnya adalah bahasa pemrograman HTML, JavaScript, serta koneksi Internet. Dengan menggunakan Google Maps API tersedia peta-peta digital yang secara offline maupun online memberikan visualisasi area dan fasilitas tertentu. Saat ini versi terakhir Google Map API adalah versi 3. Versi yang akan tampil lebih cepat dari versi sebelumnya khususnya untuk browser ponsel. Dalam membuat program Google Map API langkah yang diperlukan: 1. Memasukkan Maps API JavaScript ke dalam HTML. 2. Membuat element div untuk menampilkan peta. 3. Membuat beberapa objek literal untuk menyimpan properti-properti pada peta. 462



ISSN 1411-4771

4. Menuliskan fungsi Java Script untuk membuat objek peta. 5. Meng-inisiasi peta dalam tag body HTML. GMap adalah plugin jQuery yang relatif ringan dan membantu menanamkan Google Maps ke dalam website. Pada umumnya memiliki kapasitas kecil dalam ukuran sangat fleksibel dan dapat dikustomisasi, daftar API yang tersedia: 1. Maps JavaScript API - Memasang Gmaps melalui Javascript 2. Maps API for Flash - Memasang Gmaps melalui Flash 3. Google Earth API - Memasang Google Earth kedalam webpage 4. Static Maps API - Memasang Gmaps ke webpage atau mobile device 5. Webservices - Request informasi geografis via http dengan return format json/xml 6. Maps Data API - Update informasi geografis melalui Google data API Menggunakan Google Maps untuk mencari lokasi dengan GPS Sistem Pemosisi Global (bahasa Inggris: Global Positioning System (GPS)) adalah sistem untuk menentukan letak di permukaan bumi dengan bantuan penyelarasan (synchronization) sinyal satelit. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan letak, kecepatan, arah, dan waktu. Pada smart phone berbasis Android yang menggunakan system A-GPS(Assisted Global Positioning System) yaitu GPS yang akan aktif melalui provider komunikasi yang di pakai, Ketika perangkat selular dihidupkan akan berkomunikasi dengan pemancar BTS (Base Transmission Sistem), dari komunikasi tersebut perangkat selular mengirimkan datadata, baik berupa data aspasial maupun spasial, kemudian data (data spasial) yang diterima BTS akan di kirimkan ke server map (google maps), yang kemudian data tersebut diolah dan ditampilkan dalam bentuk peta sesuai permintaan pada perangkat selular.

Gambar 1. Cara Kerja AGPS

Pada Google Maps API terdapat 4 jenis pilihan model peta yang disediakan oleh Google, diantaranya adalah: Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

463


ISSN 1411-4771

1. ROADMAP, ini yang saya pilih, untuk menampilkan peta biasa 2 dimensi 2. SATELLITE, untuk menampilkan foto satelit 3. TERRAIN, untuk menunjukkan relief fisik permukaan bumi dan menunjukkan seberapa tingginya suatu lokasi, contohnya akan menunjukkan gunung dan sungai 4. HYBRID, akan menunjukkan foto satelit yang diatasnya tergambar pula apa yang tampil pada ROADMAP (jalan dan nama kota) PERANCANGAN SISTEM Analisis Dan Perancangan Sistem informasi angkutan umum daerah Jakarta ini dititik-beratkan pada pengambilan koordinat bumi menggunakan peta yang telah disediakan oleh Google. Dalam pengambilan koordinat, sistem memanfaatkan AGPS. Kemudian untuk mendapatkan peta dan rute, sistem menggunakan Google Map APIs dengan memberikan parameter koordinat bumi. Setelah mengirim parameter tersebut ke

GoogleMap, maka GoogleMap server akan membalas

berupa peta statik. Dalam pencarian rute, system mengirimkan dua koordinat bumi sebagai alamat awal dan alamat tujuan, kemudian GoogleMapDirection server akan membalas berupa data rute dalam bentuk JSON yang selanjutnya. ditampilkan kepada pengguna. Gambaran arsitektur dari sistem ini dapat dilihat pada gambar 2.

Database Server

Web Server

Jaringan

Acess devices

Gambar 2 Arsitektur Sistem Informasi

User berkomunikasi dengan sistem melalui web browser, apabila situs web ini dibuka, maka browser akan menampilkan konten web dari situs yang terdapat pada web server. Aplikasi web akan berinteraksi dengan pengguna, apabila pengguna melakukan suatu perintah pencarian rute, maka eksekusinya akan diproses di browser atau web server berupa ppeta google map, dan apabila terdapat permintaan dari aplikasi untuk mengakses database, maka database tersebut akan dipanggil ke dalam program yang diambil dari web server, lalu 464



ISSN 1411-4771

dilakukan request data yang diminta ke server Google Maps. Hasilnya adalah berupa gambar peta, serta objek-objek yang dimiliki oleh peta. Google Maps yang selanjutnya akan dikembalikan ke web browser berupa tampilan peta yang memiliki lokasi yang diminta. Perancangan Program Untuk menjadikan aplikasi ini dinamis maka semua data disimpan dalam database pencarian trayek pada tabel trayek. Untuk mencari rute suatu trayek pada suatu kota maka diperlukan query ke dalam tabel trayek. Kemudian dalam controller CodeIgniter dibuat script pencarian rute dari suatu trayek kendaraan yang telah dikonfigurasi dengan database, berikut potongan script pencarian trayek angkutan umum: $mulai = array(); $akhir = array(); $query = $this->db->query('SELECT KODE FROM `cari` WHERE NODE="'.$start.'"'); foreach ($query->result_array() as $row) { $mulai[] = $row['KODE']; } $query = $this->db->query('SELECT KODE FROM `cari` WHERE NODE="'.$finish.'"'); foreach ($query->result_array() as $row) { $akhir[] = $row['KODE']; } $results = array_intersect($mulai, $akhir); $count = count($results);

Setelah script system pencarian dibuat, maka selanjutnya adalah perancangan script agar dapatditampilkan pada Google Map berupa geolocation yaitu posisi user berdasarkan GPS, direction yaitu penunjuk rute dari “start” hingga “finish” dan traffic overlay yaitu layer yang dapat. Dibawah ini adalah potongan scriptnya: $start = $this->input->post('mulai',true); $finish = $this->input->post('akhir',true); $config['minifyJS'] = TRUE; $config['directions'] = TRUE; $config['directionsStart'] = $start; $config['directionsEnd'] = $finish; $config['directionsDivID'] = "route"; $config['onboundschanged'] = 'if (!centreGot) { var mapCentre = map.getCenter(); marker_0.setOptions({ position: new google.maps.LatLng(mapCentre.lat(), mapCentre.lng()) centreGot = true;'; //$this->googlemaps->initialize($config); //set up the marker ready for positioning // once we know the users location $marker = array(); $marker['infowindow_content'] = 'Lokasi Anda Sekarang'; $marker['icon'] = 'http://chart.apis.google.com/chart?chst=d_map_pin_letter&chld=A|9999FF|101010'; $this->googlemaps->add_marker($marker);


465


ISSN 1411-4771

Rancangan Sistem Navigasi Sistem informasi angkutan umum ini menggunakan struktur navigasi campuran yaitu suatu tampilan membutuhkan percabangan maka dibuat percabangan. Memiliki 4 navigasi utama, yang pertama yaitu system pencarian trayek berdasarkan database keluarannya adalah data trayek dan rute-nya dan peta traffic overlay, yang kedua adalah map, yaitu system pencarian berdasarkan fitur directions dari Google Map, berita dan halaman login admin yang berfungsi menambahkan data trayek angkutan umum dan mengedit informasi trayek. Admin Tambah Tayek Tambah rute dan Node

Home

Google Map Pencarian Rute Kendaaran Pribadi

Pencarian rute

Peta geotagging

Hasil Pencarian rute

Hasil rute peta

Berita

Gambar 3 Rancangan Navigasi website

Rancangan Database Untuk mempermudah proses analisa data, maka data-data yang dibutuhkan disimpan dalam database utama, yaitu ada 3 table utama dalam proses pencarian yaitu: table “cari” berisi data rute atau node tiap trayek dan kode tiap node yang disimbolkan TR pada table “trayek”, kemudian table “trayek” berisi seluruh kode tiap node (TR) yang akan di cocokkan dengan table “cari”, table” info” berisi kode trayek yaitu menterjemahkan kode tiap node pada table”cari” dengan TR-nya pada table “trayek” dan ditampilkan nama trayek dan rute-rute nya pada user, rancangan database pencarian dapat dilihat pada gambar 4. TABLE: TRAYEK ÌD` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `TR1` char(30) NOT NULL, `TR2` char(30) NOT NULL, `TR3` char(30) NOT NULL, … PRIMARY KEY (ÌD`)

TABLE: CARI ÌD` int(11) NOT NUL AUTO_INCREMENT, `NODE` char(30) NOT NULL, `KODE` char(20) NOT NULL, PRIMARY KEY (ÌD`)

Gambar 4 Relasi Antar Tabel

466


TABLE: INFO ÌD` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `DB_FIELD` char(5) NOT NULL, `KODE_TR` char(60) NOT NULL, `NAMA_TR` char(60) NOT NULL, PRIMARY KEY (ÌD`)


ISSN 1411-4771

HASIL UJI COBA Dalam halaman utama ditampilkan system pencarian dan pencarian rute trayek angkutan umum dari database server. Peta secara default pada smartphone yang dilengkapi dengan GPS/AGPS akan menampilkan peta Geolocation atau posisi user, sedangkan pada user dengan mode akses computer akan menampilkan posisi user lewat IP internet yang dipakai. Peta dapat ditampilkan dalam bentuk peta Map, Satellite atau Hybrid. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5.Tampilan Halaman Muka Sistem informasi

Gambar 6. Tampilan Halaman pencarian rute angkutan umum

Gambar 7. Tampilan Halaman pencarian rute mode direction

Pada Gambar 6 didapatkan informasi trayek angkutan umum dari database dan ruterute yang dilalui lalu lintas rawan kemacetan. Pada Gambar 7 menunjukkan informasi rute dari titik “start” hingga titik “finish” pencarian berdasarkan server Google Map. Dalam mode direction posisi lokasi A(start) atau B(finish) dapat di Dragg atau digeser ke lokasi yang diinginkan, selain itu juga tersedia keterangan jalur-jalur yang dilewati. Tampilan peta bisa menggunakan tampilan dalam bentuk Map, Satellite ataupun dalam bentuk hybrid. Dari hasil pencarian trayek dapat juga diketahui picture area seperti terminal pada mode panoramio dari Google map dan lokasi-lokasi penting sekitar area. KESIMPULAN Dari hasil perancangan dapat ditarik beberapa kesimpulan diantaranya adalah: 1. Google map dapat digunakan dalam pembuatan system informasi angkutan umum secara online berbasis peta. 2. Pada fasilitas Google Api dapat digunakan bersamaan seperti direction, panoramio, geolocation, traffic overlay, marker dalam satu map layer.


467


3.

ISSN 1411-4771

Penempatan posisi suatu marker ditentukan berdasarkan titik koordinat latitude dan

longitude. DAFTAR PUSTAKA -

Amri, M. Syaiful. Membangun sistem navigasi di surabaya menggunakan Google maps API.Surabaya:ITS,2012

-

Kadir, Abdul. Dasar Pemrograman WEB Dinamis Menggunakan PHP. Yogyakarta: Andi, 2002

-

Riyanto. Membuat Aplikasi e-commerce dengan PHP&MySQl menggunakan Codeigniter&JQuerry. Yogyakarta: Andi Offset, 2011

-

Saputra, agus.Trik Kolaborasi CodeIgniter&JQuery.Yogyakarta:Lokomedia,2011

-

Zaki, Ali&Edy. Membuat Web Mobile dengan jQuery Mobile. Jakarta: Elex Media Komputindo, 2011.

468

-

www.codeigniter.com

-

www.biostall.com



ISSN 1411-4771

PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING KELEMBABAN DAN TEMPERATUR PADA PROSES PELAYUAN PENGOLAHAN TEH HITAM Oni Soesanto1, Iwan Sugriwan2, Ade Agung Harnawan2, Melania Suweni Muntini3 1

Program Studi Matematika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 36 Kampus Unlam Banjarbaru Kalimantan Selatan 70714 Email :[email protected] 2 Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru 3 Jurusan Fisika FMIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya ABSTRAK

Pada pengolahan teh hitam, kelembaban dan temperatur memegang peranan sangat penting terutama pada proses pelayuan. Pada palung pelayuan, temperatur aliran udara kering tidak boleh lebih dari 30 oC, sedangkan kelembaban ruangan di ruang oksidasi enzimatis tidak boleh kurang dari 70%. Pada penelitian ini dikembangkan sistem monitoring kelembaban dan temperatur pada proses pelayuan pengolahan teh hitam. Kelembaban dan temperatur diindera oleh SHT11 yang dipadukan dengan sistem akuisisi data berbasis mikrokontroler ATMega8535.Sitem monitoring terdiri dari sensor SHT11 sebagai sensor suhu dan kelembaban, mikrokontroller ATMega8535 sebagai pengendali sinyal dan pembaca dari sensor serta Liquid Crystal Display (LCD) untuk menampilkan nilai dari pengukuran sensor. Perangkat lunaksistem akuisisi data dengan menggunakan bahasa pemrograman mikrokontroler BASCOM AVR, dan sistem monitor data menggunakan bahasa pemrograman Delphi 7.0 dimana data kelembaban dan temperatur dapat dipantau secara real time, terus – menerus dan dicatat secara otomatis. Kata kunci :sistem monitoring, akuisisi data, ATMega8535, kelembaban, Mikrokontroler, sensor SHT11,temperatur ABSTRACT In the processing of black tea, humidity and temperature plays an important role especially in the withering process. In withering troughs, dry air flow temperature should not be more than 30°C, while the humidity of the room in the enzymatic oxidation can not be less than 70%. In this study developed system of monitoring humidity and temperature in the processing of black tea withering. Humidity and temperature sensed by SHT11 combined with a microcontroller-based data acquisition system ATMega8535. The monitoring system consists of a SHT11temperature sensor and humidity sensor, microcontroller ATMega8535 as controllers and readers of the sensor signals and theLiquid Crystal Display (LCD) to show the valueof the measurement sensor. Software acquisition system of data using BASCOMAVR microcontroller programming languages, and system of monitoring data using Delphi 7.0 programming language where data humidity and temperature can be monitored inreal time, continues and recorded automatically. Keywords: monitoring system, data acquisition, ATMega8535, humidity, microcontroller, SHT11, temperature


469


ISSN 1411-4771

PENDAHULUAN Teh merupakan minuman kedua di dunia yang paling banyak dikonsumsi setelah air mineral [1]. Teh juga sangat popular sebagai minuman (beverage), di samping kopi dan cokelat, yang telah memiliki sejarah panjang dan digunakan hampir di 160 negara di dunia sebagai minuman setiap harinya [2].Popularitas teh sebagai minuman karena dipercaya dengan mengonsumsi (meminum) teh dapat meningkatkan derajat kesehatan manusia.Hal ini karena pada minuman teh mengandung banyak senyawa polyphenol, yang diketahui memiliki aktivitas antioksidan yang tinggi [3]. Pengolahan teh hitam dibagi menjadi empat tahap yaitu pelayuan (withering), penggulungan dan penggilingan (rolling), oksidasi enzimatis atau fermentasi (enzymatic oxidasion, fermentation), dan pengeringan (drying) [1].Tahap-tahap pengolahan teh dan teknologi pendukungnya dewasa ini menjadi bidang penelitian dengan melibatkan kajian multidisipliner.Dari keempat tahap pengolahan teh hitam, pelayuan merupakan tahap pertama dan sangat penting dalam pengolahan teh. Pelayuan merupakan proses yang sangat mahal ditinjau dari segi waktu, biaya dan energi. Pelayuan dilakukan untuk menyiapkan daun teh supaya siap diolah baik secara fisis maupun biokimia, untuk penggulungan yang efektif serta proses oksidasi enzimatis dan pengeringan. Proses pelayuan menghasilkan peningkatan level asam amino, kandungan kafein (caffeine content) dan aktivitas oksidasi polyphenol, mengubah kandungan klorofil (chlorophyll) dan membentuk komposisi flavor pendahuluan dengan penguapan [1]. Pengembangan sistem instrumentasi pada pengolahan teh hitam merupakan kajian yang menarik dan akan memiliki keunggulan lokal yang berdimensi internasional mengingat Indonesia merupakan produsen teh yang besar di dunia. Pengembangansistem instrumentasi pada pengolahan teh hitam diharapkan dapat meningkatkan kualitas mutu teh Indonesia di pasar internasional karena teh minuman kedua di dunia yang paling banyak dikonsumsi setelah air mineral [1]. Pengembangan sistem monitoring pada proses pelayuan pengolahan teh hitam merupakan satu bagian proses dari tahap-tahap pengolahan teh hitam. Pada masing-masing tahapan proses pengolahan teh hitam dimplementasikan sistem instrumentasi yang khas sesuai dengan karakteristik proses pengolahannya. Pengembangan sistem instrumentasi ini dibuat dengan pertimbangan memberikan efisiensi kerja, murah secara harga dan mudah diaplikasikan. Pada penelitianinidirancang 470


sistemmonitoring

dan akuisisi

data

yang


ISSN 1411-4771

disajikan berupa data kelembaban dan temperatur yang mampu menyajikan informasi setiap waktu nyata (real time) pengkuran kelembaban dan temperatur. Untuk sistem akuisisi data kelembaban dan temperatur menggunakan sensor SHT11 yakni sensor berbasis digital yang dapat membaca dan mengolah data menjadi data yang di kehendaki. Untuk itu diperlukan sebuah perangkat lunak yaitu dibangun dengan software Delphi menerima

data masukan

secara

real

dan dapat

time dan BASCOM-AVR sebagai perintah

pengambilan data pada mikrokontroler. Sistem ini berguna untuk mendapatkan informasi kelembaban dan temperatur secara terukur untuk daun teh segar yang dilayukan telah cukup layu untuk tahap pengolahan berikutnya, dan sistem monitoring bermanfaat untuk efektivitas pengawas pabrik dalam menentukan kelayuan daun teh. TEORI DAN METODE Pengolahan Teh Hitam Teknologi pengolahan teh hitam dipengaruhi oleh beberapa faktor dan tahapan proses yang memengaruhinya yaitu: pertama adalah sifat termodinamika udara baik secara mekanisme dehidrasi atau perpindahan kalor. Kedua adalah komposisi kimia daun teh baik secara genetik, lingkungan dan teknik budidaya.Ketiga adalah proses pelayuan baik secara kimia maupun fisik. Keempat adalah proses penggilingan yang dikenal dengan dua proses pengolahan yaitu pengolahan teh secara orthodox dan CTC (crushing, tearing, and curling). Kelima adalah proses fermentasi (belakangan lebih disukai dengan istilah oksidasi enzimatis). Keenam adalah pengkondisian udara ruang giling dan fermentasi baik kondisi udara luar atau metode pengkondisian udara tersebut.Ketujuh adalah pengeringan dengan metode-metode utama antara lain secara konvensional dan fluidasasi yang menentukan kadar air teh kering. Terakhir, kedelapan, adalah proses sortasi yang meliputi pola kerja sortasi, mesin sortasi dan kondisi ruang sortasi [4]. Pelayuan merupakan langkah pertama dan sangat penting dalam pengolahan teh hitam [1] yang meletakkan dasar bagi proses-proses selanjutnya [5]. Dalam pelayuan, pucuk teh akan mengalami dua hal yaitu: perubahan senyawa-senyawa hasil metabolisme tanaman yang terkandung di dalam sel-sel daun dan menurunnya kandungan air sel sehingga pucuk menjadi lemas dan lentur [6]. Proses biokimia dan fisiologi pada jaringan masih dilanjutkan setelah daun dipetik, tetapi prosesnya berjalan berbeda. Pada pelayuan dikenal dua perubahan pokok,


471


ISSN 1411-4771

yaitu perubahan fisik dan perubahan kimia.Perubahan fisik yang jelas adalah melemasnya daun akibat menurunnya kandungan air. Proses pelayuan secara fisis merupakan pelepasan air dari daun teh yang hanya mungkin terjadi dalam bentuk uap. Kalor dari udara dipindahkan ke daun hingga menyebabkan air menguap dan uap air ini akan terbawa aliran udara. Hal ini mengakibatkan penurunan tekanan uap air pada permukaan daun hingga terjadi perbedaan tekanan uap air antara air di bagian dalam daun dengan udara kering pada permukaan daun. Perbedaan tekanan uap air ini merupakan gaya dorong untuk terjadinya gerakan air dari bagian dalam daun ke permukaan [4]. Sensor SHT11 untuk Pengukuran Kelembaban dan Temperatur Alat ukur untuk mengetahui nilai kelembaban dan temperatur udara sudah banyak dibuat oleh manusia. Higrometer merupakan alat untuk mengukur tingkat kelembaban udara. Alat ukur ini pertama kali ditemukan oleh Sir John Leslie pada tahun 1776-1832. Sebuah sensor higrometer harus selektif dalam mendeteksi isi partikel air yang terkandungsehingga dapat menginformasikan banyaknya kandungan partikel air didalam udara. Banyak cara untuk mengekspresikan sebuah nilai partikel air atau kelembaban.Tingkat air di dalam gas dinyatakan dengan jumlah uap air per volume jutaan kubik gas. Sedangakan partikel air didalam material padat dan liquid dinyatakan dengan persentase dari air per total massa atau dapat dinyatakan dengan kekeringan dari berat total[7]. SHT11 merupakan sebuah singgel chip multisensor yang berfungsi sebagai sensor kelembaban dan temperatur ruang seperti pada ditunjukkan pada Gambar 1 memiliki bentuk keluaran sudah dalam bentuk digital dan sudah terkalibrasi. Sensor SHT11 dapat mudah digunakan karena tidak memerlukan lagi ADC (Analog to Digital Converter) dalam pemrosesan untuk mendapatkan nilai kelembaban dan tempertatur yang terukur karena di dalam sensor SHT11 sudah terdapat piranti yang mengubah besaran analog dalam hal ini tegangan ke besaran digital / data bit [7]. Pada Gambar 1. menunjukkan Internal Block Diagram pada SHT11 menggambarkan komponen – komponen dalam sensornya yang telah termodulasi.Suatu polimer kapasitif yang mengindera besaran

kelembaban relatif dan suatu piranti bandgap sebagai pengindera

temperatur. Kedua piranti tersebut

dikombinasikan untuk suatu 14bit data analog ke

konvertor data digital (ADC) dan pada chip yang sama, terdapat

472


suatu rangkaian alat


ISSN 1411-4771

penghubung serial. Hal ini mengakibatkan mutu isyarat superior, suatu kepekaan dan waktu tanggapan cepat ke gangguan eksternal pada suatu harga yang sangat kompetitif.[7].

Gambar 1 Sistem piranti dalam SHT11[8]

Gambar 2. Komunikasi serial 2 wirebiderectional[8]

Masing-Masing SHTXX secara individu sudah dikalibrasi pada ketepatan keadaan ruang kamar. SHT11 mempunyai memori OTP yang telah diprogramkan koefisien dan variabel kalibrasi. Koefisien ini digunakan secara internal selama pengukuran untuk menentukan skala termometer dari sensor itu, koefisien dan variabel tersebut digunakan secara internal seperti. Sitem komunikasi 2- Wire sebagai alat penghubung serial dan regulasi tegangan internal membuat lebih mudah dalam pengintegrasian sistem. SHT11 memiliki ukuran yang kecil dan konsumsi daya rendah yakni sekitar 30 mikrowatt yang membuat sensor ini sangat baik digunakan dalam penelitian. Pada piranti SHT11 terdapat suatu komponen surface-mountable LCC (Leadless Chip Carrier) yang berfungsi untuk suatu pluggable 4-pin single-in-line untuk jalur data dan jalur clock[8]. Komunikasi antara sensor SHT11 dengan mikrokontroler seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Mikrokontroler akan mengirimkan perintah alamat untuk SHT11 mengambil data kelembaban dan temperatur dan kemudian sensor akan mengirimkan data tersebut ke mikrokontroler dan proses tersebut berlangsung terus menerus secara bergantian akan tetapi jalur perintah dan jalur data berbeda satu sama lain. Tegangan masukan untuk menghidupkan sensor SHT11 ini antara 2 volt sampai 5 volt. Karakterisasi Spesifik Sensor SHT11 Setiap jenis sensor mempunyai kelebihan masing-masing, Hal tersebut dapat dilihat berdasarkan sifat dan karakteristik dari tiap sensor tersebut. Sensor SHT11 memiliki keakuratan yang cukup tinggi sehingga sensor ini dapat dikatakan sensor yang bagus. Sensor kelembaban pada SHT11 berbasis kapasitif. Terdapat hubungan antara uap air dengan lapisan polimernya. Akan timbul sensitifitas akibat dari terjadinya difusi dari bahan kimia ke dalam sebuah polimer menyebabakan pergeseran nilai kapasitif. Dikarenakan zat gas Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

473


ISSN 1411-4771

yang terdapat dalam lingkungan menyebabkan percepatan dalam proses ini. Polutan yang sangat tinggi dapat menyebabakan kerusakan sensor polimer secara permanen. Perubahan nilai kapasitif terhadap bahan polimer dalam sensor SHT11, akan dikonversi ke dalam besaran listrik yakni tegangan, pada singgle chip sensor ini sudah mengubahnya ke dalam besaran tegangan (volt). Selain mengubah dari nilai kapasitif ke bentuk tegangan sensor ini juga mengubahnya ke dalam bentuk data digital 12 bit sebagai data kelembaban yang akan diproses selanjutnya[9]. SHT11 menggunakan prinsip bahan semikonduktor yang dimana berperan bandgap sebagai elemen pengindera temperatur. Bandgap adalah lebar pita atau jarak antara energi minimum dari pita konduksi energi maksimum dari pita valensi. Tentu saja bandgap hanya berada pada semikonduktor. Elektron pada pita konduksi yang minimum dapat berkombinasi secara langsung dengan hole pada pita valensi maksimum, sementara terjadilah momentum elektron. Energi dari salingnya kombinasi tadi membuat timbulnya emisi dalam bentuk foton. Emisi tersebut sebenarnya diwujudkan dalam bentuk tegangan, sehingga apabila bandgap tersebut diberikan sebuah suhu yang agak panas maka emisi ini akan terjadi semakin meningkat sehingga menghasilkan tegangan [7]. Sama seperti pada proses penginderaan kelembaban tadi, nilai output berupa tegangan pada sensor temperatur (Bandgap) kemudian diubah ke dalam bentuk data digital. Data temperatur tersedia 14 bit. Sehingga bentuk output dari sensor ini adalah berupa data digital 12 bit untuk data kelembaban

(RH)

dan 14 bit untuk temperatur. Sensor ini harus

memerlukan perintah alamat untuk pengukuran dan sinyal clock berperan sebagai detak per data bit yang dikeluarkan oleh sensor SHT11 ini[7]. Antarmuka SHT11 Sensor SHT11 menggunakan komunikasi Biderectinal 2-wire untuk memperoleh data kelembaban relatif dan temperatur.Komunikasi ini dilakukan oleh mikrokontroler yang pada dasarnya menangkap data bit yang dikeluarkan oleh SHT11, akan tetapi sebelumnya harus memberikan perintah register alamat pada SHT11 untuk pengukuran kelembaban dan diberikan waktu delay maka kemudian mikrokontroler mendapatkan data kelembaban. Estela itu dengan cara yang sama hanya saja alamat register yang dikirimkan dan diganti dengan perintah pengukuran temperatur dan dilanjutkan delay untuk mendapatkan datanya. Proses berjalan terus secara bergantian dan berulang – ulang[10]

474



ISSN 1411-4771

Gambar 3. Fungsi dari empat pin SHT11 (Innovative Electronics, 2011)

Mikrokontroller tidak hanya pemberi perintah pengukuran pada sensor SHT11, tetapi mikrokontroler juga berperan sebagai pemberi sinyal clock yang berfungsi untuk detak dalam pengeluaran

data

perbit,

sehingga

sensor

SHT11

memerlukan

dua

jalur

untuk

mengendalikannya. ikannya. Pada Gambar 3. terdapat fungsi masing-masing masing masing dari tiap-tiap tiap pin sensor SHT11[10]

Gambar 4. Timing Diagram dalam komunikasi dua arah yang dilakukan oleh Mikrokontroler dan sensor SHT11[8] SHT11

Pada sistem atau proses pengambilan data kelembaban dan temperatur, sensor SHT11 menggunakan sistem two wire biderectional yakni sistem komunikasi 2 jalur. Dua jalur tersebut yang pertama adalah jalur sinyal clock yakni jalur komunikasi untuk sinyal dari mikrokontroler untuk memberikan perintah kepada sensor SHT11 untuk mengambil data kelembaban dan temperatur ruang. Jalur berikutnya adalah jalur untuk data yaitu jalur untuk sensor SHT11 mengirimkan data ke mikrokontroler mikrokontroler yang berasal hasil pengukuran. Jalur data yang dihubungkan dengan mikrokontroler memberikan perintah pengalamatan pada kaki sensor SHT11 dengan kode bit “00000101” untuk mengukur kelembaban relatif (RH) dan “00000011” untuk pengukuran temperatur. Proses Proses pertukaran sinyal data dan sinyal clock tersebut berlangsung secara bersamaaan dan secara terus menerus [10] Pada Gambar 4. menerangkan tentang dua sinyal yang berasal dari mikrokontroler untuk dua jalur dari SHT11 yaitu jalur data dan jalur jalu clock. Dapat dilihat bahwa sinyal yang Palangkaraya, 19-20 20 Oktober 2012 |

475


ISSN 1411-4771

tipis adalah pengiriman sinyal dari mikrokontroler ke SHT11.Adapun sinyal yang tabal merupakan sinyal yang dikeluarkan

oleh SHT11. Urutan Sinyal yang pertama adalah

transmisión Start dengan kondisi seperti pada Gambar 3.5, kemudian dilanjutkan dengan register alamat untuk perintah pengukuran (yang tertera pada gambar pada pengukuran kelembaban), lalu untuk mendapatkan data, mikrokontroler harus memberikan sinyal tunggu sebesar 55milisekon. Pada proses akhir, kemudian sensor SHT11 memberikan nilai data dan dilanjutkan memberikan suatu sinyal cheksum[7]. Konversi Keluaran untuk Nilai Fisik Kelembaban Nilai Kelembaban yang tinggi dari batas maksimum sensor SHT11, hingga 99% terdeteksi secara penuh. Berikut ini merupakan data digital yang dikelurkan oleh sensor SHT11 terhadap nilai kelembaban yang terindikasi.

Gambar 5. Hubungan kelembaban terhadap keluaran digital (SORH) [8]

Akibat dari konpensasi tidaklinearnya nilai data output terhadap kelembaban serta untuk mendapatkan nilai ketelitian yang akurat, maka untuk mengubah data keluaran yang berupa digital haruslah mengikuti persamaan sebagai berikut: RHlinear = C1 + C2 ×SORH + C3× (SORH)2 Dengan nilai C1,C2 dan C3 yaitu sebagai berikut: Tabel 1. Konstanta konversi untuk pengukuran RH

SORH 12 bit 8 bit

476

C1 -4 -4


C2 0,0405 0,648

C3 -2,8*106 -7,2*104


ISSN 1411-4771

Temperatur Bandgap atau celah pita merupakan sensor suhu yang paling linear. Sehingga tingkat akurasi yang tinggi selalu didapatkan. Berikut ini merupakan grafik tingkat akurasi temperatur dari sensor SHT:

Gambar 6. Grafik tingkat Akurasi sensor SHT[8]

Untuk mendapatkan nilai fisik temperatur terhadap nilai keluaran sensor haruslah mengikuti persamaan berikut : Temperatur = d1 + d2 × SOT Ket : d1 , d2 Konstanta konversi nilai temperatur SOT Data keluaran digital sensor SHT11 Dengan nilai d1, d2 yang sangat dipengaruhi oleh tegangan power sensor yang digunakan dan jumlah bit yang dikeluarkan oleh SHT11. nilai d1, d2 didapatkan pada tabel berikut : Tabel 2. Konstanta konversi untuk pengukuran Temperatur

VDD

d1 [0C]

d1[0F]

5,0 V

-40,00

-40,00

4,0 V

-39,75

-39,55

3,5 V

-39,66

-39,39

3,0 V

-39,60

-39,28

2,5 V

-39,55

-39,19

SOT

d2 [0C]

d2 [0F]

14bit 0,01

0,018

12bit 0,04

0,072

[7].

Mikrokontroler ATMega8535 MikrokontrolerATmega8535 adalah sebuah mikrokntroler yang diproduksi oleh Atmel dimana mikrokontroler ini memiliki spesifikasi 8 Kbyte In-System Programmable-Flash, 512 Byte EEPEROM dan 512 Bytes Internal SRAM [11]. Kelebihan dari mikrokontroler ATmega8535 adalah memiliki salah satu mode komunikasi serial, USART (Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter), sehingga dapat melakukan transfer data baik antar mikrokontroler maupun dengan modul-modul eksternal termasuk komputer

yang memiliki fitur UART. Cara pengisian program ke Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

477


ISSN 1411-4771

dalam mikrokontroler ATmega8535 dilakukan secara online dari komputer, sehingga lebih praktis karena tanpa memerlukanperangkat tambahan [7]. Mikrokontroler ATMega8535 melakukan suatu proses instruksi pengumpanan (fetching) dan komputasi data pada inti prosesornya. Terdapat sebanyak 32 buah register umum yang berhubungan dengan unit logika dan aritmetika (ALU). Terminal masukan dan keluaran (I/O) terdapat masing – masing terbagi dalam empat buah port bernilai 8 bit yang dapat difungsikan sesuai dengan keinginan [11]. Mulai

A

Inisialisasi LCD 16x2

Tampilkan “-“ dan “-“ secara bersamaan

CLEAR LCD Geser Kanan Tampilkan Tulisan Bawah Tulisan “SHT11”

Tampilkan Data “A;suhu;B;C;Kelembaban; D;” pada komputer

CLEAR LCD

CLEAR LCD

Tampilkan Tulisan “d(^_^)b” dan “----“ secara bersamaan

Tampilkan Pembacaan “Suhu” dan”Kelembaban” tidak

CLEAR LCD

Geser Kanan

Kembali

Ya

Baris 1 Kolom 2 “Adi dan IKhsan” Baris 2 kolom 4 “Fisika 2009” secara bersamaan

Diulang

Selesai

CLEAR LCD

A

Gambar 7. Flowchart Program Utama Pengambilan Data Kelembaban dan Temperatur Menggunakan Bascom AVR 478



ISSN 1411-4771

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN a. Data pengamatan suhu dan kelembaban didalam ruangan.

Gambar 8. Pengukuran suhu dan kelembaban di dalam ruangan 29

74

Data Pengamatan Suhu

Data Pengamatan Kelembaban

73,5 Kelembaban (RH)

Suhu (Celcius)

28,5

73

72,5

28

72

71,5

27,5

71

70,5 27

70 0

20

40

60 Waktu (Detik)

80

100

Gambar 9. Grafik Hasil Pengamatan Suhu didalam Ruangan

b.

0

20

40

60 Waktu (Detik)

80

100

Grafik 10. Hasil Pengamatan Kelembaban didalam Ruangan

Data pengamatan kelembaban yang disemprotkan uap air dengan humidfire.

Gambar 11. Pengukuran suhu dan kelembaban saat disemprotkan uap air


479


28,3

ISSN 1411-4771

93

Data Pengamatan Suhu

Data Pengamatan Kelembaban

92 28,2

Kelembaban (%RH)

91 90

Suhu (Celcisus)

28,1

89

28

88 87

27,9

86 85

27,8 0

50

100 Waktu (Detik)

Gambar 12. Grafik Pengamatan Suhu yang disemprotkan Uap Air Pada SHT11

150

0

50

100 Waktu (Detik)

150

Gambar 13. Grafik Pengamatan Kelembaban yang disemprotkan Uap Air Pada SHT11

Interface data pengukuran kelembaban dan temperatur ke PC dilakukan dengan koneksi virtual USB 2.0. Program yang digunakan dibuat dengan software Delphi 7.0 yang memiliki fasilitas Tcomport untuk menjalankan komunikasi dengan port serial. Data pengukuran juga disajikan otomatis melalui Ms.Excel, pada saat program Delphi 7.0 merekam data, Ms.Excel juga mencatat data secara otomatis. Alat ukur kelembaban dan temperatur yang telah dibuat menggunakan sensor SHT11 berbasis mikokontroler ATMega8535 dapat digunakan sebagai alat ukur kelembaban dan temperatur suatu ruang. Alat ini telah dilengkapi dengan sistem akuisisi data hasil pengukuran dengan selang waktu tiap detik. Rangkaian dari alat ini terdiri dari modul sensor SHT11, rangkaian mikrokontroler ATMega8535, LCD 16x2 bit serta virtual USB untuk komunikasi ke laptop. Rangkaian mikrokontroler dihubungkan dengan LCD sebagai penampil hasil pengukuran dan dikoneksikan dengan laptop melalui virtual USB dan dapat ke komputer pribadi dengan RS-232.Tegangan yang diberikan pada komponen – komponen pada alat ini berasal dari catu daya dengan keluaran sebesar 5 volt. Catu daya yang memiliki keluaran 5 volt tersebut digunakan untuk menyuplai sensor SHT11 dan mikrokontroler. Berdasarkan spesifikasi dari pabrikan SHT11, sensor ini dapat bekerja pada tegangan 2,5 volt sampai 5 volt. SHT11 merupakan sensor yang telah terkalibrasi sempurna dari pabrik dan berbasis keluaran berupa data digital sehingga sinyal keluaran dari sensor ini tidak perlu lagi memerlukan rangkaian penguat dan tidak perlu dihubungkan ke port ADC pada mikrokontroler. 480



ISSN 1411-4771

Mikrokontroler diprogram menggunakan software BASCOM AVR, sehingga dapat melakukan penghitungan atau pemrosesan data dari sensor dan dapat menampilkan data hasil pengukuran pada LCD. Program sistem akuisisi data kelembaban dan temperatur ini dibuat menggunakan Borland Delphi 7.0 dan dapat menampilkan hasil pengukuran yang sama dengan hasil yang ditampilkan pada LCD. Program akuisis data menggunakan Delphi 7.0 ini dilengkapi dengan grafik untuk menampilakan nilai kelembaban dan temperatur yang terukur setiap detik. Sistem ini juga berkomunikasi dengan Ms.Excel yang juga secara otomatis merekam data kelembaban dan temperatur yang terukur pada alat ini. Data hasil pengukuran ini disimpan dalam file dengan format data excel.

Gambar 14. Akuisisi DatadanMerekamSecara Otomatiske MS. Excel

Pengukuran Kelembaban dan Temperatur pada Proses Pelayuan Beberapa parameter fisis yang berpengaruh dalam proses pelayuan adalah temperatur dan kelembaban udara luar (lingkungan) selama pelayuan, temperatur dan kelembaban udara kering yang dialirkan melalui kolom udara palung pelayuan, temperatur dan kelembaban permukaan dari beberan pucuk teh, kecepatan aliran udara pada kolom udara dan permukaan beberan daun teh, tekanan udara pada kolom udara palung pelayuan, massadan kadar air pucuk segar serta massa dan kadar air pucuk layu (setelah turun layu), pengurangan kadar air dan kehilangan massa selama proses pelayuan, dan derajat layu pada pengolahan teh hitam. Temperatur dan kelembaban lingkungan diukur di sekitar pabrik mini proses dan di dalam ruangan pabrik mini proses itu sendiri. Pengukuran temperatur dan kelembaban lingkungan diperlukan karena akan mempengaruhi kondisi temperatur dan kelembaban udara yang dialirkan melalui kolom udara kering dalam palung pelayuan. Untuk proses pelayuan, diperlukan temperatur antara 24 0C sampai dengan 27 0C dan kelembaban yang diperlukan adalah kurang dari 75%. Untuk mendapatkan persyaratan temperatur dan kelembaban Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

481


ISSN 1411-4771

tersebut, pada kolom udara palung pelayuan dialirkan udara kering yang berasal dari kipas blower.Sedangkan untuk mempertahankan temperatur 24 – 27 0C, pada kolom udara dipasang sebuah heater dengan temperatur yang diatur untuk menghasilkan temperatur yang dipersyaratkan.Data hasil pengukuran pada proses pelayuan dalam satu siklus produksi ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3. Data Pengukuran Pengolahan Teh Hitam Pucuk Kasarpada Layung Pelayuan

Jam 12.45 13.45 14.45 15.45 16.45 17.45 18.45 19.45 20.45 21.45 22.45 23.45 0.45 1.45 2.45 3.45

RHR (%) 77.63 76.67 66.54 64.67 74.56 73,89 70.04 70.65 70.94 77.73 78.54 79.43 78.76 77.93 76.21 77.53

RHP (%) 80.41 79.33 66.49 62.9 79.42 78.22 74.56 74.54 76.7 82.87 84.97 84.05 83.25 79.79 78.67 82.43

RHL (%) 76.16 76.35 66.76 66.32 73.45 73.17 70.81 70.95 70.63 75.43 77.62 78.49 78.61 77.07 76.89 77.17

Parameter ukur RHKL TR (0C) (%) 63.45 25.21 62.65 25.33 60.71 26.42 62.18 25.86 64.39 24.79 64.46 23.84 63.65 23.9 62.76 22.81 62.34 22.44 63.17 21.37 64.26 20.43 64.39 19.64 65.37 19.65 64.45 19.36 63.49 18.23 62.51 18.12

TP (0C) TL (0C) 27.57 27.62 26.38 25.04 23.91 23.84 23.87 23.8 23.74 22.54 21.16 20.88 20.98 21.65 20.65 19.77

25.98 25.86 27.33 26.49 24.37 23.22 23.34 23.45 22.89 21.67 21.21 21.06 20.17 19.79 19.42 18.76

TKL (0C) 27.56 27.67 27.85 27.33 26.67 26.57 26.82 26.21 25.34 25.57 25.78 25.34 25.45 24.42 24.21 24.37

Pengembangan sistem monitoring kelembaban dan temperatur dengan SHT11 berbasis mikrokontroler ATMega8535 yang diantarmuka dengan Komputer Pribadi dapat memantau parameter temperatur dan kelembaban secara real time, mencatat secara otomatis dan dapat dilakukan secara terus menerus dalam siklus proses pelayuan pada pengolahan teh hitam. Dalam sistem monitoring ini, data direkam setiap satu detik, dengan secara otomatis menyimpan dalam format excell, dengan demikian para teknisi pabrik dapat memantau kelembaban dan temperatur serta memudahkan dalam pembuatan laporan proses produksi pada pengolahan teh hitam. KESIMPULAN Sistem monitoring terdiri dari sensor SHT11 sebagai sensor suhu dan kelembaban, mikrokontroller ATMega8535 sebagai pengendali sinyal dan pembaca dari sensor, sehingga 482



ISSN 1411-4771

dapat melakukan penghitungan atau pemrosesan data dari sensor dan dapat menampilkan data hasil pengukuran pada LCD. Sistem monitoring kelembaban dan temperatur tersebut dapat memantau parameter temperatur dan kelembaban secara real time, mencatat secara otomatis dan dapat dilakukan secara terus menerus dalam siklus proses pelayuan pada pengolahan teh hitam. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada DP2M Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Kementrian Pendidikan Nasional (Dirjen Dikti Kemdiknas) yang telah membiayai penelitian melalui skema Hibah Penelitian Kerjasama Antar Perguruan Tinggi (Hibah PEKERTI) tahun 2012 DAFTAR PUSTAKA 1. Muthumani, Thomas., Kumar, R.S. Senthil. 2006. Studies on Freeze-withering in Black Tea Manufacturing. Journal of Food Chemistry.ScienceDirect.Elsevier. 2. Wu, Di., Yang, Haiqing., Chen, Xiaojing., He, Yong., Li, Xiaoli. 2008. Application of Image Texture for the Sorting of Tea Categories Using Multi-spectral Imaging Technique and Support Vector Machine. Journal of Food Engineering.SceinceDirect.Elsevier. 3. Khanchi, Ali Reza., Mahani, M.K., Hajihosseini, Majid., Maragheh, M.G., Chaloosi, Marzieh., Bani, Farhad. 2007. Simultaneous Spectrophotometric Determination of Caffeine and Theobromine in Iranian Tea by Artificial Neural Networks and Its Comparison with PLS. Journal of Food Chemistry. ScienceDirect.Elsevier. 4. Ningrat, Danoe R.G.S Soeria. 2006. Teknologi Pengolahan Teh Hitam. Penerbit ITB. Bandung. 5. Bambang, Kustamiyati, 2002. Pelayuan pada Pengolahan Teh Hitam. Makalah Pelatihan Pengolahan Teh Hitam, Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung. Bandung 6. Soedrajat, Rulan R. 1989. Pelayuan Pucuk Teh. Balai Penelitian Teh Kina, Bandung. 7. Wardana, M. Adi. 2008.Perancangan Dan Pembuatan Sistem Kontrol Kelembaban Ruang Berbasis Mikrokontroler Avr Atmega8 Menggunakan Sensor SHT11. Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. 8. Datasheet, SHT, www.sensirion.com/humidity, diakses pada tangal 27 November 2011 9. Hendrit,Garaudi, Temperatur

dkk. 2011. Perancangan Sistem Monitoring Kelembaban dan Menggunakan

Komunikasi

Zigbee

2,4

GHz.

http://eprints.undip.ac.id/.../RANCANG_BANGUN_SISTEM_AKUISISI_..PDF. Diakses pada

tanggal 20 April 2012 Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

483


ISSN 1411-4771

10. Innovative Electronics. DT-AVR Application Note SHT11 Module http://innovativeelectronics.com, Diakses pada tanggal 15 April 2012 11. Iswanto. 2008. Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic. Penerbit Gava Media. Yogyakarta. TANYA JAWAB: Perbedaan antara SHT11 dengan LM 35? LM 35 merupakan salah satu sensor suhu yang banyak digunakan karena kemudahan dalam penggunaan dan sederhana, sumber tegangan tunggal atau dua sumber tegangan. Sedangkan SHT11 merupakan modul sensor suhu dan kelembaban relatif .Modul ini dapat digunakan sebagai alat pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan. Dibandingkan dengan LM35, SHT11 merupakan sebuah singgel chip multisensor yang berfungsi sebagai sensor kelembaban dan temperatur ruangyang memiliki bentuk keluaran sudah dalam bentuk digital dan sudah terkalibrasi. Spesifikasi dari SHT11 ini adalah sebagai berikut: 1. Berbasis sensor suhu dan kelembaban relatif Sensirion SHT11. 2. Mengukur suhu dari -40C hingga +123,8C, atau dari -40F hingga +254,9F dan kelembaban relatif dari 0%RH hingga 1%RH. 3. Memiliki ketetapan (akurasi) pengukuran suhu hingga 0,5C pada suhu 25C dan ketepatan (akurasi) pengukuran kelembaban relatif hingga 3,5%RH. 4. Memiliki atarmuka serial synchronous 2-wire, bukan I2C. 5. Jalur antarmuka telah dilengkapi dengan rangkaian pencegah kondisi sensor lock-up. 6. Membutuhkan catu daya +5V DC dengan konsumsi daya rendah30 µW. 7. Modul ini memiliki faktor bentuk 8 pin DIP 0,6 sehingga memudahkan pemasangannya

484



ISSN 1411-4771

EFISIENSI LAMPU EMERGENCY DITINJAU DARI KUAT PENERANGAN DAN FLUKS CAHAYA Suhartono1* dan Titik Utami2 1, 2

Dosen Prodi. Pendidikan Fisika FKIP Universitas Palangka Raya *[email protected] ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang Efisiensi Lampu Emergency di Laboratorium Fisika Jurusan P.MIPA FKIP Universitas Palangka Raya ditinjau dari Kuat Penerangan dan Fluks Cahaya. Tujuan penelitian ini adalah: a). untuk mengetahui kuat penerangan dan fluks cahaya Lampu Emergency. b). Untuk mengetahui Lampu Emergency yang paling efisien ditinjau dari besarnyakuat penerangan cahaya. Lampu Emergency yang digunakan dalam penelitian ini yaitu lampu merek CMOS dengan 30 LED, XRB dengan 40 LED, N2010 dengan 33LED dan merek Surya dengan 36 LED dan alat yang digunakan Luxmeter. Mula-mula lampu Emergency dinyalakan agar dayanya mencapai minimal, setelah dilakukan pengisian selama 15 jam. Setelah lampu terisi penuh, kemudian pada malam hari lampu digunakan untuk penelitian. Kuat penerangan lampu diukur dari jarak 1 meter selama 5 jam dan dicatat setiap ¼ jam sekali. Data yang diperoleh yaitu besarnya kuat penerangan tiap-tiap lampu dan jarak lampu ke Luxmeter. Berdasarkan analisis data, diperoleh a). Lampu Emergency merek N2010 memiliki kuat penerangan 180 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 2260,8 Lumen; Lampu merek XRB memiliki kuat penerangan 99 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 1243,4 Lumen; Lampu merek SURYA memiliki kuat penerangan 58 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 728,5 Lumen; Lampu CMOS memiliki kuat penerangan 20 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 251,2 Lumen. b). Lampu Emergency yang paling efisien dillihat dari besarnya persentase kuat penerangan yang tersisa setelah menyala selama 5 jam, adalah Lampu merek CMOS dengan kuat penerangan tersisa sebesar 15 %. Jika dilihat dari besarnya kuat penerangan yang tersisa setelah menyala selama 5 jam, yang paling efisien adalah Lampu Emergency merek XRB dengan kuat penerangan sebesar 5 Lux. Kata Kunci: Fluks Cahaya, Lampu Emergency, Lumen dan Lux PENDAHULUAN Latar Belakang Kota Palangka Raya merupakan ibukota Provinsi Kalimantan Tengah. Dalam 15 tahun terahir kota Palangka Raya kekurangan pasokan energi listrik, sehingga masyarakat atau pelanggan khususnya rumah tangga harus mengalami pemadaman listrik secara bergilir dan jadwalnya tidak menentu. Perusahaan Listrik Negara (PLN) cabang Palangkaraya kurang transparan kepada pelanggan tentang alasan pemadaman yang dilakukan, baik siang maupun malam hari. Akibat dari semua itu sebagian besar rumah tangga yang ada di kota Palangkaraya pada malam hari menggunakan lampu emergency. Sebagian rumah tangga dan Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

485


ISSN 1411-4771

pertokoan menggunakan generator listrik, selain itu ada juga yang menggunakan lampu minyak tanah (teplok) dan ada yang menggunakan lilin untuk penerangan. Berdasarkan surve peneliti, di kota Palangkaraya ada lebih dari 4 macam merek lampu emergency antara lain: CMOS, XRB, N2010 dan Surya. Masyarakat kota Palangkaraya sebagai konsumen diberi alternatif untuk memilih dari masing-masing merek lampu emergency tersebut.

Warga Palangka Raya tidak asing lagi dengan lampu emergency,

karena hampir setiap keluarga di kota Palangkaraya memiliki. Hal ini dikarenakan lampu emergency mudah mengoperasikan dan cepat nyala. Selama ini ketika membeli lampu emergency, masyarakat sebagai konsumen tidak memperhatikan lampu merek apa yang paling efisien, paling terang dan tahan lama ketika digunakan/dinyalakan. Konsumen juga tidak memperhatikan berapa besar kuat penerangan dan fluks cahaya lampu tersebut. Konsumen hanya asal membeli lampu emergency dan tidak memperhatikan lampu merek apa yang efisien dan tahan lama ketika dinyalakan. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian di atas, maka permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut : 1. Berapa besar kuat penerangan dan fluks cahaya masing-masing merek Lampu Emergency ? 2. Lampu Emergency yang mana yang paling efisien ditinjau dari Kuat penerangan cahaya? Tujuan penelitian Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen, tujuan dari penelitian adalah: 1. Menentukan besar kuat penerangan dan fluks cahaya masing-masing Lampu Emergency 2. Menentukan Lampu Emergency yang paling efisien ditinjau dari Kuat penerangan cahaya. TEORI Arus Listrik Listrik yang ada di alam secara visual tidak dapat dilihat, tetapi hampir semua orang mengenal adanya listrik. Listrik dapat diketahui dari gejala yang diakibatkan atau sesuatu yang dihasilkan. Lampu yang ada di rumah menyala karena adanya aliran listrik. Pada

486



ISSN 1411-4771

peristiwa itu bukan aliran listriknya yang tampak tetapi gejalanya, yaitu timbulnya cahaya dari filamen pada lampu karena berpijar. Kawat konduktor jika diberi beda potensial, maka muatan listrik yang ada pada kawat tersebut akan bergerak. Yang membawa muatan listrik di dalam kawat konduktor adalah elektron-elektron bebas, yaitu elektron-elektron yang lepas dari ikatan atom-atom penyusun ikatan bahan konduktor tersebut yang bersifat seperti molekul-molekul gas sehingga disebut gas elektron. Elektron yang bergerak dinyatakan sebagai muatan listrik yang dilambangkan dengan huruf Q, dan besar arus listrik yang mengalir dalam penghantar dilambangkan dengan huruf I. Arus listrik yaitu banyaknya muatan listrik yang melintas suatu penampang konduktor tiap satuan waktu (Soedojo P., 2000). Besarnya kuat arus listrik dirumuskan:

I=

Q t

................

(Soedojo P., 2000)

Jika banyaknya muatan yang mengalir per satuan waktu tidak konstan, maka arus akan berubah dengan waktu,

yang diberikan oleh limit diferensial dari persamaan di atas,

dirumuskan:

I=

dQ dt

................

(Halliday R, 1986)

Energi dan Daya Listrik Suatu konduktor yang bermuatan listrik (baik muatan dalam keadaan diam maupun bergerak) memiliki energi yang disebut energi listrik (Soetarmo, 1985). Jika W adalah energi listrik, tegangan listrik V, kuat arus I dan selang waktu t, maka energi listrik dirumuskan : W

= V I t

.........

(Soetarmo, 1985).

Selain itu energi listrik juga dirumuskan:

W = I 2R t

atau

W =

V2 t R

(Soetarmo, 1985)

Daya listrik yaitu besarnya energi listrik yang digunakan tiap satuan waktu dan juga disebut cepat perubahan energi, dirumuskan:

P=

W t

.............

(Soetarmo, 1985).

Daya listrik juga dirumuskan dalam bentuk:


487


V2 P= R

ISSN 1411-4771

...... .........

(Bresnick, 2002).

Lampu yang ada di pasaran, misalnya besar daya dan tegangan tertulis 10 W/ 220V, maksudnya lampu tersebut harus dipasang pada tegangan 220 volt, dan akan memerlukan energi tiap detik sebesar 10 Joule atau 10 watt detik. Selain itu dibalik tulisan yang ada pada setiap lampu menunjukkan besarnya hambatan lampu tersebut. Fotometri Fotometri yaitu ilmu yang mempelajari tentang pengukuran energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi cahaya pada suatu permukaan yang mendapat penerangan dari sumber cahaya (Kamajaya, 1988). Lampu neon (TL) sebagai sumber energi memancarkan cahaya (radiasi), energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan tiap satu satuan waktu disebut daya radian atau Fluks Radian. Bagian dari fluks radian yang mempengaruhi indera penglihatan disebut Fluks Cahaya (Sears F.W., 1979). Intensitas cahaya dalam arah kerucut didefinisikan sebagai perbandingan antara perubahan fluks (dF) dengan perubahan sudut ruang (dw), dirumuskan

I=

dF dw

........ ..

(Sears F.W., 1979).

Perubahan fluks yang mengenai elemen luas sebesar dA disebut kuat penerangan, dirumuskan:

E=

dF dA

atau

E=

F . . . (Sears F.W., 1979). A

Jika fluks cahaya mengenai tegak lurus luas permukaan, maka besarnya kuat penerangan dirumuskan:

E=

I R2

........ ...

(Sears F.W., 1979)

R adalah jari-jari permukaan yang ditembus tegak lurus oleh fluks cahaya. Perbandingan antara fluks cahaya yang keluar sumber dengan daya listrik yang digunakan disebut efisiensi cahaya total (Sears F.W., 1979), dirumuskan:

σ =

488

F Po

... ...... ....


(Sears F.W., 1979)


ISSN 1411-4771

Berdasarkan definisi diatas, jika efisiensi cahaya total semakin besar berarti lampu tersebut semakin efisien. Untuk daya yang sama, jika efisiensi cahaya total semakin besar atau fluks cahaya lampu semakin besar, maka lampu tersebut semakin terang. METODE PENELITIAN Metode, Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Fisika Jurusan Pendidikan Mipa FKIP Universitas Palangkaraya mulai bulan Mei s/d Oktober

2011. Pelaksanaan penelitian

khususnya pengambilan data dilakukan pada malam hari dan ruang dalam keadaan gelap. Hal ini dilakukan agar diperoleh kuat penerangan cahaya lampu betul-betul hanya berasal dari cahaya Lampu Emergency yang digunakan dalam penelitian. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Lux meter 2. Lampu emergency merek: CMOS, XRB, N2010 dan SURYA 2. Pencatat waktu (jam tangan) 3. Penggaris panjang 1 meter Teknik Pengambilan Data Lampu emergency

sebelum digunakan untuk penelitian dinyalakan terus supaya

energi listrik yang tersimpan atau tegangan yang ada betul-betul hampir habis. Kemudian lampu emergency diisi ulang (dicas) selama kurang lebih 12 jam, Hal ini dilakukan agar memiliki kekuatan atau energi maksimum yang sama, sesuai dengan petunjuk dari masingmasing pabrik. Langkah Kerja: 1. Mengisi ulang (mengecas) Lampu emergency selama ± 15 jam 2. Mengatur jarak Lampu ke Luxmeter R = 1 meter 3. Menentukan kuat penerangan lampu pada Luxmeter setiap 15 menit selama 5 jam. 4. Mengulangi percobaan untuk merek lampu berbeda 5. Mencatat semua hasil penelitian (Data ada pada Lampiran)


489


ISSN 1411-4771

Teknik Analisis Data a). Data yang diperoleh dari hasil percobaan yaitu besarnya kuat penerangan E dan jarak lampu ke Lux meter. Dari data tersebut diperoleh besarnya Fluks Cahaya dari masingmasing lampu menggunakan rumus: F = E.A

dengan

A = 4 Π R2

b). Data berupa besarnya kuat penerangan lampu hasil penelitian, dianalisis setiap 1 jam dalam selang waktu 5 jam. Dari análisis bisa diketahui berapa persen kuat penerangan yang ada (yang tersisa) pada masing-masing lampu setelah dinyalakan selama 1 jam, 2 jam, 3 jam, 4 jam dan 5 jam. HASIL DAN PEMBAHASAN Kuat penerangan Lampu Emergency hasil penelitian yang diukur pada jarak 1 meter dari lampu, kemudian dilakukan perhitungan Fluks Cahaya berdasarkan rumus yang ada, diperoleh hasil seperti pada Tabel-1 dan Tabel-2. Tabel-1. Kuat Penerangan dan Fluks Cahaya Lampu Emergercy

CMOS (30 N2010 (33 SURYA (36 LED) XRB (40 LED) LED) LED) E F E F E F E F (Lux) (Lumen) (Lux) (Lumen) (Lux) (Lumen) (Lux) (Lumen) 0.00 20 251.2 99 1243.4 180 2260.8 58 728.5 1.00 18 226.1 49 615.4 147 1846.3 49 615.4 2.00 17 213.5 20 251.2 87 1092.7 29 364.2 3.00 15 188.4 11 138.2 28 351.7 6 75.4 4.00 6 75.4 8 100.5 12 150.7 3 37.7 5.00 3 37.7 5 62.8 3 37.7 2 25.1 E = kuat penerangan (Lux) F = Fluks cahaya (Lumen)

t No (jam) 1 2 3 4 5 6

Berdasarkan data pada Tabel-1, Lampu Emergency yang paling terang adalah merek N2010 dengan 33 LED, memilki kuat penerangan 180 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 2260,8 Lumen, kemudian Lampu Emergency merek XRB dengan 40 LED memiliki kuat penerangan 99 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 1243,4 Lumen. Lampu Emergency merek SURYA dengan 36 LED, memiliki kuat penerangan 58 Lux

dan Fluks Cahaya sebesar 728,5 Lumen,

kemudian lampu CMOS dengan 30 LED memiliki kuat penerangan 20 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 251,2 Lumen.

490



ISSN 1411-4771

Tabel-2. Kuat Penerangan Lampu Emergercy Dalam Selang Waktu 5 jam

CMOS E E' (Lux) (%) 1 0.00 20 100.0 2 1.00 18 90.0 3 2.00 17 85.0 4 3.00 15 75.0 5 4.00 6 30.0 6 5.00 3 15.0 E = kuat penerangan (Lux)

t No (jam)

XRB

N2010 SURYA E E' E E' E E' (Lux) (Lux) (%) (%) (Lux) (%) 99 100.0 180 100.0 58 100.0 49 49.5 147 81.7 49 84.5 20 20.2 87 48.3 29 50.0 11 11.1 28 15.6 6 10.3 8 8.1 12 6.7 3 5.2 5 5.1 3 1.7 2 3.4 E’ = kuat penerangan yang tersisa (%)

Berdasarkan data pada Tabel-2, diperoleh: a). Lampu Emergency merek CMOS mula-mula memiliki kuat penerangan 20 Lux, setelah menyala selama 1 jam kuat penerangan tinggal 90 % atau sebesar 18 Lux, setelah 2 jam tinggal 85% atau sebesar 17 Lux. Setelah menyala selama 3 jam kuat penerangan tinggal 75 % atau sebesar 15 Lux, setelah menyala 4 jam kuat penerangan tinggal 30 % atau 6 Lux dan setelah 5 jam kuat penerangan tinggal 15 % atau sebesar 3 Lux. b). Lampu Emergency merek CRB mula-mula memiliki kuat penerangan 99 Lux, setelah menyala selama 1 jam kuat penerangan tinggal 49,5 % atau sebesar 49 Lux, setelah 2 jam tinggal 20,2 % atau 20 Lux. Setelah menyala selama 3 jam kuat penerangan tinggal 11,1 % atau sebesar 11 Lux, setelah menyala 4 jam kuat penerangan tinggal 8,1 % atau 8 Lux dan setelah 5 jam kuat penerangan tinggal 5,1 % atau sebesar 5 Lux. c). Lampu Emergency merek N2010 mula-mula memiliki kuat penerangan 180 Lux, setelah menyala selama 1 jam kuat penerangan tinggal 81,7 % atau sebesar 147 Lux, setelah 2 jam tinggal 48,3 % atau 87 Lux. Setelah menyala selama 3 jam kuat penerangan tinggal 15,6 % atau 28 Lux, setelah 4 jam kuat penerangan tinggal 6,7 % atau 12 Lux dan setelah menyala selama 5 jam kuat penerangan tinggal 1,7 % atau sebesar 3 Lux. d). Lampu Emergency merek SURYA mula-mula memiliki kuat penerangan 58 Lux, setelah menyala selama 1 jam kuat penerangan tinggal 84,5 % atau sebesar 49 Lux, setelah 2 jam tinggal 50 % atau 29 Lux. Setelah menyala selama 3 jam kuat penerangan tinggal 10,3 % atau sebesar 6 Lux, setelah 4 jam kuat penerangan tinggal 5,2 % atau 3 Lux dan setelah menyala selama 5 jam kuat penerangan tinggal 3,4 % atau sebesar 2 Lux. Berdasarkan persentase besarnya kuat penerangan yang tersisa setelah menyala selama 5 jam, yang paling efisien adalah Lampu Emergency merek CMOS sebesar 15 %. Jika dilihat Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

491


ISSN 1411-4771

dari besarnya kuat penerangan setelah menyala selama 5 jam, yang paling efisien adalah Lampu Emergency merek XRB sebesar 5 Lux. KESIMPULAN Berdasarkam hasil penelitian, analisis data dan pembahasan, maka hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut: a). Lampu Emergency merek N2010 dengan 33 LED, memilki kuat penerangan 180 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 2260,8 Lumen; Lampu merek XRB dengan 40 LED memiliki kuat penerangan 99 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 1243,4 Lumen; Lampu merek SURYA dengan 36 LED, memiliki kuat penerangan 58 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 728,5 Lumen; Lampu CMOS dengan 30 LED memiliki kuat penerangan 20 Lux dan Fluks Cahaya sebesar 251,2 Lumen. b). Lampu Emergency yang paling efisien dillihat dari besarnya persentase kuat penerangan yang tersisa setelah menyala selama 5 jam, adalah Lampu merek CMOS dengan kuat penerangan sebesar 15 %. Jika dilihat dari besarnya kuat penerangan setelah menyala selama 5 jam, yang paling efisien adalah Lampu Emergency merek XRB dengan kuat penerangan sebesar 5 Lux. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih diucapkan kepada Rektor Universitas Palangka Raya atas dana yang diberikan untuk penelitian ini. Terima kasih juga kepada Dekan FKIP Unpar, Ketua Jurusan PMipa, Kaprodi Pendidikan Fisika dan Kepala Laboratorium Fisika atas pemberian izin pada peneliti. Terima kasih juga disampaikan kepada mahasiswa yang membantu hingga penelitian ini selesai. DAFTAR PUSTAKA Bresnick, Stephen M.D. Intisari Fisika (terjemahan Gabriel J.S). Jakarta. Hipokrates, 2002. Halliday D., Resnick R. Fisika, Jilid 2 (terjemahan Pantur Lilaban dan Erwin Sucipto). Jakarta. Penerbit Erlangga. 1986. Kamajaya. Fisika, Jilid 3. Bandung. CV. Pionir Group. 1988. Sears F.W., Zemansky M.W., Young H.D., University Physic, Fifth Edition. AddisonWesley Publising Company, Inc. 1979.

492



ISSN 1411-4771

Soedojo, Peter. Fisika Dasar. Yogyakarta. Andi. 2000. Soetarmo. Fisika Program Inti 1B. Surakarta. Widya Duta. 1985. LAMPIRAN Data Lampu Emergency

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Tabel-A. Kuat Penerangan Lampu Diukur Emergency Pada Jarak R = 1 meter NAMA LAMPU CMOS (30 LED) XRB (40 LED) N2010 (33 LED) SURYA (36 LED) t (jam) E F E F E F E F (Lux) (Lumen) (Lux) (Lumen) (Lux) (Lumen) (Lux) (Lumen) 0.00 20 251.2 99 1243.4 180 2260.8 58 728.5 0.25 20 251.2 86 1080.2 176 2210.6 56 703.4 0.50 19 238.6 77 967.1 176 2210.6 56 703.4 0.75 18 226.1 61 766.2 169 2122.6 54 678.2 1.00 18 226.1 49 615.4 147 1846.3 49 615.4 1.25 18 226.1 41 515.0 130 1632.8 45 565.2 1.50 18 226.1 37 464.7 123 1544.9 43 540.1 1.75 17 213.5 26 326.6 114 1431.8 37 464.7 2.00 17 213.5 20 251.2 87 1092.7 29 364.2 2.25 17 213.5 18 226.1 56 703.4 19 238.6 2.50 17 213.5 16 201.0 42 527.5 11 138.2 2.75 17 213.5 13 163.3 34 427.0 8 100.5 3.00 15 188.4 11 138.2 28 351.7 6 75.4 3.25 12 150.7 10 125.6 23 288.9 4 50.2 3.50 9 113.0 9 113.0 20 251.2 4 50.2 3.75 7 87.9 8 100.5 16 201.0 3 37.7 4.00 6 75.4 8 100.5 12 150.7 3 37.7 4.25 5 62.8 7 87.9 10 125.6 3 37.7 4.50 5 62.8 7 87.9 10 125.6 2 25.1 4.75 3 37.7 5 62.8 5 62.8 2 25.1 5.00 3 37.7 5 62.8 3 37.7 2 25.1 E = kuat penerangan (Lux) F = Fluks cahaya (Lumen)


493


ISSN 1411-4771

(POSTER) PERANCANGAN DAN KONSTRUKSI UNIT PENGOLAHAN AIR KOTOR DI UPT BALAI KONSERVASI BIOTA LAUT - LIPI, AMBON Anggito P Tetuko, Muljadi, Perdamean Sebayang, Deni S Khaerudini, dan Masno Ginting Pusat Penelitian Fisika-LIPI, Gd 440, Kawasan Puspitek, Serpong 15314 Tangerang Selatan, Banten

ABSTRAK Sumber air kotor yang akan diolah berasal dari air pegunungan di daerah sekitar UPT Balai Konservasi Biota Laut - LIPI, Ambon dengan debit 150 liter/menit. Perangkat media filter yang digunakan terdiri dari pasir silika, manganese green sand, karbon aktif, catridge filter dan ultra filtrasi sebagai unit pengolah air kotor menjadi air bersih. Selanjutnya unit ini dilengkapi dengan reverse osmosis (RO) dan ultra violet (UV) untuk menghasilkan air minum. Unit pengolahan air kotor ini juga dilengkapi dengan 3 buah pompa yang berfungsi sebagai pompa air sumber, pompa distribusi, dan pompa Reverse Osmosis serta 2 buah bak penampung air. Rancangan unit pengolahan air baku dihitung berdasarkan laju aliran air, kemampuan membran dan media psrtikel sebagai filter dan debit air baku. Dari hasil perancangan dan perhitungan diperoleh debit air setelah filter pasir sebesar 91.25 liter/menit, manganese green sand menjadi 83.02 liter/menit, karbon aktif menjadi sebesar 72.96 liter/menit dan memenuhi kapasitas air yang dibutuhkan. Berdasarkan hasil perancangan dan perhitungan tersebut alat ini sudah sesuai dengan unjuk kerja unit pengolahan air kotor menjadi air bersih dengan debit 20 liter/menit dan air minum sebesar 10 liter/menit. Kata Kunci: Desain, Air Kotor, Reverse Osmosis, Ultra Filtrasi, Air Minum

ABSTRACT The raw water that will be filtered is from the mountain near UPT Balai Konservasi Biota Laut - LIPI Ambon, with the capacity of 150 liter/minute. The media filter consists of silica sand, manganese green sand, active carbon, cartridge filter and ultra filtration to filter the raw water into clean water. The system is also accompanied by reverse osmosis (RO) and ultraviolet (UV) to produce drinking water. The system is also completed by three pumps that have a function as the raw pump, the distribution pump and the reverse osmosis pump, and the system is also accompanied by two water baths. The design of water filtration system is calculated based on the water velocity and the capability of the membrane and particle media as the filtration. Based on the design and the calculation it can be concluded that the water capacity after passing the sand filter is 91.25 liter/minute, manganese green sand: 83.02 liter/minute, activated carbon: 72.96 liter/minute and can fulfill the water capacity needed. Based on the design and the calculation, it has a good agreement with the performance test of the raw water filtration system into clean water of 20 liter/minute and drinking water of 10 liter/minute. Keywords: Design, Raw Water, Reverse Osmosis, Ultra Filtration, Dringking Water.

PENDAHULUAN Wilayah Ambon khususnya di lingkungan komplek LIPI (UPT Balai Konservasi Biota Laut) memiliki sumber daya air yang terbatas, sehingga kesulitan untuk memenuhi kebutuhan air bersih dan air minum sehari-harinya untuk keperluan kantor UPT dan masyarakat sekitarnya. Di sisi lain, wilayah tersebut tersedia sumber daya air yang belum memenuhi 494



ISSN 1411-4771

persyaratan dan dapat diolah menjadi air bersih dan air minum. Sumber air tersedia berupa air danau dan air sumur, dimana air tersebut tidak dapat dikonsumsi langsung [1]. Air kotor memiliki dampak yang sangat besar pada kehidupan manusia dalam kaitannya dengan kesehatan, karena dapat menyebabkan berbagai penyakit, seperti: diare, disentri, muntaber dan lain-lain [2]. Untuk menanggulangi masalah tersebut maka di perlukan teknologi yang dapat mengubah air kotor menjadi air bersih dan layak minum. Alat yang dapat menanggulangi masalah di atas adalah unit pengolahan air (water filtration). Unit ini menggunakan teknologi filtrasi dengan sistem membran dan media filter tanpa menggunakan bahan kimia. Teknologi filtrasi meliputi : proses pre-filter, proses ultra filtrasi, proses reverse osmosis, dan dilanjutkan proses sterilisasi dengan ultra violet [3,4]. Alat ini memiliki beberapa media filter, seperti pasir silika, manganese green sand dan karbon aktif yang dapat menyaring kotoran yang terdapat pada air tersebut sehingga menjadi bersih dan layak minum. Agar pasir dapat menahan koagulum yang terdapat di air, maka ukuran butir, angularitas, dan hardness yang tepat sangat diperlukan [5]. Manganese greensand memiliki warna hitam keunguan dan digunakan untuk menyaring soluble iron, manganese dan hydrogen sulfide dari air baku. Media tersebut juga dapat digunakan untuk menyaring radium dan arsenik [6]. Karbon aktif yang digunakan dalam unit pengolahan air memiliki beberapa ukuran yang berbeda, yaitu fine dan granulated. Karbon aktif berfungsi untuk menghilangkan chlorine dan organic contaminants dari air baku. Karbon aktif juga berguna untuk menghilangkan warna dan bau [6]. Unit ini juga dilengkapi dengan reverse osmosis dan ultra violet untuk memastikan tidak ada kandungan berbahaya, seperti parasit, bakteri, alga, virus, jamur dan kuman di dalam air [7]. Unit filtrasi air ini juga relatif murah, dapat memperbaiki rasa dan bau dari air serta unit ini juga dapat menghilangkan bahan bahan kimia yang berbahaya dalam air minum [8, 9]. METODE Air kotor dari sumber dialirkan ke tiga media filter yang berisi pasir silika, manganese green sand dan karbon aktif dan diisi dengan menggunakan pompa intake. Setelah itu air dialirkan ke tiga buah cartridge filter dengan ukuran partikel yang berbeda, yaitu: 5, 1 dan 0.1 µm. Penyaringan dengan beberapa ukuran cartridge filter bertujuan untuk menyaring kotoran dengan tingkat pengotor yang berbeda. Selanjutnya air akan dialirkan ke dalam sistem ultra filtrasi. Dari hasil penyaringan tersebut diperoleh air bersih dengan kapasitas 20 liter/menit . Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

495


ISSN 1411-4771

Untuk mengolah air bersih menjadi air minum maka air tersebut kembali dialirkan menggunakan pompa reverse osmosis ke dalam reverse osmosis lalu dialirkan ke ultra violet yang berfungsi untuk membunuh bakteri yang mungkin masih terkandung di dalam air sehingga dihasilkan air minum dengan kapasitas 10 liter/menit yang akan disimpan di bak penampungan yang kedua. Desain unit pengolahan air kotor menjadi air bersih dan minum diperlihatkan pada gambar 1. Rancangan unit pengolahan air baku dihitung berdasarkan debit air baku, laju aliran air, serta kemampuan membran dan media filter sebagai alat penyaring air kotor. Perhitungan sistem unit pengolahan air ini menggunakan hukum Darcy untuk menghitung aliran air di dalam media berpori seperti ultra filtrasi dan reverse osmosis. Sedangkan hukum Stoke digunakan untuk menghitung ailiran air di dalam media filter, seperti: pasir silika, manganese greensand dan karbon aktif.

Hukum

kontinuitas dan Reynold akan digunakan untuk

mengitung kecepatan dan tipe aliran pada sistem pengolahan air kotor menjadi air bersih dan minum.

Gambar 1. Desain unit pengolahan air kotor menjadi air bersih dan minum

Kecepatan aliran dalam pipa dapat dihitung menggunakan persamaan 1 sesuai dengan hukum kontinuitas[10]. Sedangkan persamaan 2 [10] akan digunakan untuk menghitung angka Reynold dengan terlebih dahulu mensubstitusikan nilai densitas (ρ), viskostas dinamis (µ) dan kecepatan (v).

496



ISSN 1411-4771

Q = A× v 1) Re =

ρ ×v×d µ

2)

Kecepatan aliran air (v) di dalam media filter, seperti pasir silika, manganese greensand, dan karbon aktif akan dihitung menggunakan hukum Stoke sesuai menggunakan persamaan 3 [11] dengan terlebih dahulu mensubstitusi gravitasi (g), densitas serbuk (ρs), densitas air (ρ), diameter partikel (dp) dan viskositas dimanis air (µ). Selanjutnya debit air dan angka Reynolds pada media filter tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1 dan 2 [10]. v=

g × (ρ s − ρ ) × d p

2

18 × µ

3)

Kecepatan aliran air (v) di dalam ultra filtrasi dan reverse osmosis dapat dihitung menggunakan persamaan 4 [12, 13] dengan terlebih dahulu mensubstitusi permeabilitas (K), tekanan (P), densitas (ρ), gravitasi (g) dan panjang media filter (L). Selanjutnya debit air dan angka Reynolds pada media berpori tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1 dan 2 [10]. v=

K×P ρ×g×L

4)

HASIL DAN BAHASAN Persamaan Darcy yang digunakan untuk menghitung aliran air di dalam media pori dipengaruhi oleh permeabilitas, kecepatan dan tipe aliran di dalam sistem. Sedangkan pada perhitungan filtrasi menggunakan hukum Stoke pada media filter dipengaruhi oleh densitas dan ukuran partikel. Kecepatan di dalam sistem juga dipengaruhi oleh luas permukaan dan desain dari media filter. Disamping itu, kecepatan juga dipengaruhi oleh sifat fisik air, seperti densitas dan viskositas. Peningkatan kecepatan dapat menyebabkan peningkatan pressure drop di dalam sistem. Pada unit pengolahan air, kecepatan yang digunakan rendah untuk memastikan media filter dapat meyaring air kotor dengan baik. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa tipe aliran yang melewati pasir silika, manganese greensand, karbon aktif, ultra filtrasi dan reverse osmosis adalah turbulen. Perbedaan angka Reynolds ini disebabkan oleh beberapa hal, seperti ukuran partikel, Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 |

497


ISSN 1411-4771

permeabilitas material, densitas dan lain-lain. Peningkatan kecepatan dapat pula meningkatkan angka Reynolds sehingga tipe aliran menjadi turbulen. Hasil perhitungan kecepatan aliran dan angka Reynolds pada unit pengolahan air kotor menjadi air bersih dan air minum diperlihatkan pada tabel 1. Tabel 1. Hasil perhitungan kecepatan aliran dan angka Reynolds pada unit pengolahan air kotor menjadi air bersih dan air minum Media Filter Pasir silika Manganese greensand Karbon aktif Sedimen Filter (5 mikron) Sedimen Filter (1 mikron) Sedimen Filter (0,1 mikron) Ultra filtrasi Reverse osmosis

Kecepatan, v (m/s) 0.030 0.027 0.024 0.018 0.015 0.012 0.066 0.023

Angka Reynolds,Re 8534.38 7765.26 6823.96 5085.43 4202.84 3404.30 18854.53 6402.32

Berdasarkan hasil perhitungan aliran air diketahui bahwa kapasitas air berkurang dari

150 liter/menit di dalam tangki air baku menjadi 31.25 liter/menit setelah melewati

beberapa media, seperti: Pasir silika, manganese greensand, karbon aktif dan ultra filtrasi. Debit aliran kembali turun hingga mencapai 10.61 liter/menit setelah air melewati reverse osmosis. Penurunan debit aliran ini disebabkan oleh gesekan fluida terhadap media filter, pori, dinding pipa dan pressure drop di dalam unit pengolahan air. Hasil perhitungan debit aliran

Debit Aliran (liter/menit)

air di dalam sistem diperlihatkan pada gambar 2. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

91,245 83,022 72,958 54,371 44,934 36,397

10,610

Silica sand

Manganese greensand

Karbon aktif Sedimen Filter Sedimen Filter Sedimen Filter Ultra filtrasi (5 mikron) (1 mikron) (0,1 mikron)

Media Filter

Gambar 2. Debit aliran pada unit pengolahan air

498

31,245


Reverse osmosis


ISSN 1411-4771

Dari hasil pengujian laboratorium Kementrian Kesehatan RI secara fisika [14] yang meliputi bau, jumlah zat padat terlarut, kekeruhan, rasa, suhu dan warna diperoleh bahwa air bersih dan minum dari sistem ini sudah lolos uji dan memenuhi standard dan kadar maksimum yang diperbolehkan. Berdasarkan hasil pengujian laboratorium secara kimia [14] juga diperoleh bahwa air bersih dan air minum tersebut sudah lolos dan memenuhi kadar maksimum yang diperbolehkan yang meliputi uji kandungan air raksa, arsen, besi, fluorida, kadmium, kesadahan, klorida, kromium, mangan, nitrat, nitrit, pH, selenium, seng, sianida, sulfat, timbal dan zat organik. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih diucapkan kepada Kementrian Riset dan Teknologi RI melalui Program Insentif Ristek PKPP. KESIMPULAN Hasil unjuk kerja unit pengolahan air kotor menjadi air bersih dan air minum menunjukkan bahwa hasil tersebut sesuai dengan perancangan dan perhitungan, yaitu sebesar 20 liter/menit untuk air bersih dan 10 liter/menit untuk air minum. Sedangkan debit aliran air setelah melewati beberapa media filter, seperti pasir silika, manganese greensand, karbon aktif, ultrafiltrasi dan reverse osmosis berturut-turut adalah 91.25, 83.02, 72.96, 31,25 dan 10.61 liter/menit. Berdasarkan hasil uji laboratorium secara fisika dan kimia diperoleh bahwa air bersih dan air minum lolos uji dan memenuhi kadar maksimum yang diperbolehkan. DAFTAR PUSTAKA 1. Muljadi, P. Sebayang, M. Ginting, dan A. Yuswitasari, Laporan Insentif Ristek PKPP, Perancangan dan Konstruksi Unit Pengolahan Air Kotor dari Pegunungan di Wilayah Ambon, Kementrian Riset dan Teknologi Republik Indonesia, 2012. 2. United States Environmental Protection Agency (EPA), The National Water Quality Inventory: Report to Congress for the Reporting Cycle – A Profile, Washington DC, 2007. 3. J.K. Edzwald, Water Quality and Treatment. 6th Edition, McGraw-Hill, New York, 2011.


499


ISSN 1411-4771

4. J.C. Crittenden, Water Treatment: Principles and Design. 2nd Edition, John Wiley and Sons, New Jersey, 2005. 5. K.J.Ives, Filtration of Clay suspensions Through Sand, Clay Minerals 22, 49-61, 1987. 6.

http://www.allwaterfiltrationsystems.com/, Water filtration systems for today's needs, diakses tanggal 12 September 2012

7. I. Huisman, Slow Sand Filtration, World Health Organization, 1998 8. A.P. Tetuko, P. Sebayang, Muljadi dan N. Indayaningsih, Pembuatan Unit Pengolahan Air Kotor Mobile menjadi Air Bersih dan Layak Minum dengan Kapasitas 10 Liter/Menit, Jurnal Pemantauan Kualitas Lingkungan, Ecolab 4, No.1 (2010) 4854. 9. A.P. Tetuko, D. S. Khaerudini, Muljadi and P. Sebayang, The Calculation of Water Filtration System with Capacity 10 liter/minute for Flood Water Application, Proceeding of The International Conference on QIR (Quality in Research), University of Indonesia, 3-6 August 2009. 10. B.R. Munson, Fluid Mechanic, Fourth Edition, John Wiley and Sons, 2002. 11. A. L. Kenimer, J. Villeneuve and S. Shelden, Fundamental Concepts: Sedimentation Power Point Presentation, University Curriculum Development for Decentralized Wastewater Management. National Decentralized Water Resources Capacity Development Project, University of Arkansas, 2005. Shelden. 12. J. G. I. Hellstrom, T. S. Lundstrom, Flow through Porous Media at Moderate Reynolds Number, International Scientific Colloquium, Modelling for Material Processing, Riga, June 8-9, 2006. 13. L. Pal, M. K. Joyce and P.D. Fleming, A Simple Method for Calculation of the permeability Coefficient of Porous Media, TAPPI Journal, September 2006. 14. Kementerian Kesehatan Republik Indonesia, Direktorat Jenderal Pengendalian Penyakit dan Penyehatan Lingkungan, Balai Besar Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pemberantasan Penyakit Menular Jakarta, Hasil Pengujian Air Bersih, Sertifikasi Hasil Uji No.121/K-ABS/I/2012, 2012.

500


PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEMPERATUR SECARA WAKTU NYATA PADA PRODUKSI BIOGAS

Recommend Documents