PENGUKURAN KONSENTRASI LARUTAN GULA MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIK Indria Puspa Yaniar1, Nur Aji Wibowo2, Andreas Setiawan2 Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Sains dan Matematika 2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Indonesia
1
[email protected]
ABSTRAK Gula merupakan salah satu bahan pemanis yang biasa digunakan untuk makanan dan minuman dalam kehidupan sehari-hari dan konsentrasi kadar gula mengambil peran penting dalam menentukan cita rasa makanan. Dengan memanfaatkan bidang hardware dan software yang diaplikasikan pada Gelombang Ultrasonik, maka dirancang sebuah alat yang digunakan untuk mengukur konsentrasi kadar gula pada sebuah larutan. Beberapa alat yang diperlukan dalam penelitian antara lain catu daya, generator sinyal, tranduser, osiloskop, pipa PVC (Polivinil Klorida), dan tiang statif. Untuk mengukur konsentrasi larutan gula, pipa PVC (Polivinil Klorida) diisi larutan yang berisi air dan gula cair ±300ml atau sepanjang 40cm. Dalam penelitian ini pengukuran larutan gula didasarkan pada kecepatan gelombang yang merambat di dalam larutan tersebut. Konsentrasi sampel larutan gula cair yang digunakan dalam pengukuran dilakukan secara bertahap antara lain 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, hingga 70%. Dari sampel-sampel tersebut diperoleh bahwa Gelombang ultrasonik mampu merambat lebih cepat pada larutan dengan konsentrasi gula yang lebih tinggi, dalam hal ini larutan gula dengan konsentrasi 70% yaitu sebesar 1666.667 m/s, sedangkan larutan dengan konsentrasi yang lebih rendah atau tanpa konsentrasi gula yakni dengan konsentrasi 0%, perambatan gelombang ultrasoniknya lebih lambat yaitu sebesar 1333.333 m/s. Hal ini menyatakan bahwa Sensor Ultrasonik dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam larutan. Kata kunci: gula, gelombang ultrasonik, kecepatan gelombang, konsentrasi larutan, sensor
PENDAHULUAN Gula merupakan salah satu bahan pemanis yang biasa digunakan untuk makanan dan minuman dalam kehidupan sehari-hari. Gula juga menjadi bahan baku bagi industri [1] makanan dan minuman. Proses produksi makanan atau minuman dalam skala besar tentunya diperlukan alat ukur bahan baku yang tepat agar cita rasa makanan sesuai yang diinginkan. Konsentrasi kadar gula [2] juga mempengaruhi cita rasa pada makanan, semakin ketat kosentrasi gula pada larutan, semakin manis pula rasa larutan tersebut. Pada industri makanan atau minuman, pengukuran konsentrasi gula merupakan suatu hal yang sangat penting agar dapat menentukan takaran yang tepat. Pengukuran konsentrasi gula dapat dilakukan secara ilmiah. Dalam penelitian ini dirancang alat untuk mengukur konsentrasi gula secara fisika yang diharapkan bisa melengkapi metode sebelumnya, yaitu metode difraksi [3] dan metode interferometer michelson [4]. Dengan memanfaatkan bidang hardware dan software yang diaplikasikan pada gelombang ultrasonik, maka dalam tugas akhir ini dirancang sebuah alat yang digunakan untuk mengukur konsentrasi kadar gula pada sebuah larutan. Penelitian ini bertujuan untuk mencari pengaruh konsentrasi gula terhadap kecepatan rambat gelombang ultrasonik, dengan menggunakan tranduser ultrasonik type Airmart AT200 sebagai sumber sinyal ultrasonik yang ditampilkan pada Osiloskop untuk melihat kecepatan gelombang didalam larutan gula. 1
BAHAN DAN METODE Dalam penelitian ini langkah awal yang dilakukan adalah merangkai alat untuk meneliti larutan gula. Peralatan yang digunakan antara lain: 1) Catu daya (sumber tegangan) yang digunakan sebagai sumber energy pada generator sinyal. 2) Generator sinyal berfungsi sebagai penghasil pulsa dan juga merupakan sirkuit internal peralatan elektronik, alat ini berfungsi untuk memberikan penguatan pada pulsa yang ditransmisikan, sehingga pantulan pulsa dapat terlihat jelas pada osiloskop. 3) Tranduser berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang ultrasonik. 4) Osiloskop berfungsi untuk memberikan tampilan gelombang ultrasonic dan pantulan gelombang ultrasonik. 5) Pipa pralon dengan diameter 2,5 cm dan panjang 50 cm sebagai tabung untuk menampung larutan gula kyang akan diteliti. 6) Statif berfungsi sebagai penyangga tabung agar dapat berdiri dengan vertical. Setelah peralatan sudah tersedia langkah berikutnya adalah merangkai alat. Generator pulsa dihubungkan dengan catu daya sebagai sumber daya kemudian dihubungkan dengan tranduser sebagai pengirim gelombang sekaligus sensor gelombang dan dihubungkan juga dengan osiloskop untuk dapat melihat tampilan gelombang. Berikut skema alat yang digunakan untuk mengukur konsentrasi larutan gula.
Gambar 1. Skema alat ukur larutan gula
Generator pulsa diberi daya dari catu daya sebesar 12 volt untuk menghasilkan sinyal elektrik yang ditransmisikan ke tranduser. Sinyal elektrik dari generator sinyal akan dikonversi menjadi gelombang ultrasonik oleh tranduser. Sinyal elektrik yang telah dikonversi menjadi gelombang ultrasonik dipancarkan kedalam tabung yang berisi larutan gula yang akan diteliti konsentrasi gula dalam larutan tersebut. Tranduser selain sebagai pengirim gelombang ultrasonik juga berfungsi sebagai sensor pantulan gelombang ultrasonik. Gelombang utrasonik yang dpancarkan dalam tabung berisi larutan gula akan merambat dalam larutan. Gelombang yang sampai di ujung tabung terhalang dengan tutup tabung, maka dari itu sebagian gelombang akan diteruskan dan sebagian lagi dipantulkan oleh dinding penghalang. Pantulan gelombang ultrasonik yang kembali ke arah tranduser akan ditangkap oleh sensor tranduser kemudian sinyal gelombang ultrasonic akan dikonversi menjadi sinyal 2
elektrik lagi dan diteruskan pada generator pulsa kembali. Osiloskop yang terhubung dengan generator pulsa dapat menampilkan gelombang ultrasonik yang dipancarkan dan pantulan gelombang ultrasonik.
Gambar 2. Gambar pantulan gelombang dalam tabung
Gambar 3. Contoh tampilan gelombang pada layar osiloskop
Berdasarkan tampilan gelombang dalam osiloskop kita dapat mengetahui waktu yang diperlukan saat gelombang memancar hingga gelombang pantul kembali lagi mengenai sensor tranduser. Waktu rambat gelombang pancar sampai gelombang pantul ditampilkan dengan kode X1 dan X2 pada layar osiloskop. Dalam penelitian ini tabung yang digunakan untuk mengukur konsentrasi larutan berdiameter 2,5 cm dengan panjang 50cm, namun yang diisi dengan larutan hanya sepanjang 40 cm hal ini dikarenakan 10 cm dari tabung diinginkan untuk dudukan sensor tranduser. Berdasarkan ukuran tabung yang digunakan maka kita dapat 3
mengetahui panjang larutan yang dirambati gelombang ultrasonik. Dengan mengetahui jarak dan waktu rambatan gelombang ultrasonik maka kita dapat menghitung kecepatan gelombang pada larutan yang akan diteliti. Dalam penelitian ini pengukuran kadar gula dalam sebuah larutan didasarkan dengan membandingkan kecepatan rambatan gelombang ultrasonik di setiap larutan yang diteliti. Penelitian ini menggunakan sampel larutan gula dengan perbandingan gula cair 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%. Berdasarkan sampel larutan yang digunakan diharapkan kita dapat mengetahui tingkatan konsentrasi gula pada larutan. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil pengukuran yang dilakukan didapatkan data kecepatan gelombang ultrasonik dengan perbandingan gula cair 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% seperti pada tabel berikut: Tabel 1. Hasil Pengukuran
gula cair 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
air 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30%
x(m) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
t (µs) t/2 (µs) t/2 (s) v(m/s) 600 300 0.00030 1333.333 550 275 0.00028 1454.545 580 290 0.00029 1379.310 540 270 0.00027 1481.481 530 265 0.00027 1509.434 510 255 0.00026 1568.627 490 245 0.00025 1632.653 480 240 0.00024 1666.667
Dari hasil pengukuran didapatkan data kecepatan rambatan gelombang ultrasonik pada setiap larutan. Dalam perhitungan larutan waktu rambatan harus dibagi dua dikarenakan waktu yang tercantum dalam osiloskop adalah waktu gelombang ultrasonik dipancarkan sampai gelombang pantul kembali mengenai sensor tranduser, sedangkan jarak larutan yang dirambati gelombang adalah posisi sensor ultrasonik dengan tutup ujung tabung. Berdasarkan data yang diperoleh kita dapat membandingkan kecepatan gelombang pada setiap larutan. Data hasil perhitungan memperlihatkan bahwa semakin besar konsentrasi gula pada larutan maka kecepatan gelombang ultrasonic yang melaluinya juga semakin cepat. Hal tersebut dapat kita lihat dengan jelas pada grafik perbandingan kecepatan dengan kosentrasi air gula.
4
Gambar 4. Perbandingan konsentrasi gula terhadap kecepatan gelombang
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa perbandingan konsentrasi air terhadap kecepatan gelombang yang mengalir pada larutan gula. Pada konsentrasi air 30% berarti mengandung 70% gula cair kecepatan gelombang ultrasonik tampak paling cepat. Kecepatan gelombang tampak menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi air dalam larutan yang berarti konsentrasi gula semakin berkurang. KESIMPULAN Berdasarkan hasil percobaan dan analisa secara umum maka dapat dinyatakan bahwa gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam larutan. Gelombang ultrasonik mampu merambat lebih cepat pada larutan dengan konsentrasi gula yang lebih tinggi. Pengukuran konsentrasi gula menggunakan sensor gelombang ultrasonik beracuan pada kecepatan gelombang pada larutan yang diukur. Penelitian ini memerlukan pengembangan untuk penelitian selanjutnya agar gelombang ultrasonik tidak hanya dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula namun juga untuk jenis larutan lain.
DAFTAR PUSTAKA [1] Abd. Rahman Razak, dkk, “Optimalisasi Hidrolisis Sukrosa Menggunakan Resin Penukar Kation Tipe Sulfonat,” Jurnal Natural Science, vol. 1.(1) 119-131, 2012. [2] Satria Bagus Pratama, dkk, “Studi Pembuatan Sirup Tamarillo (Kajian Perbandingan Buah Dan Konsentrasi Gula),” Jurnal Industria, vol. 1, no. 3, hal. 180 – 193. [3] Lusiana Weni Setyarini, dkk, “Perancangan Sistem Pengukuran Larutan Gula Menggunakan Metode Difraksi,”Jurnal Teknik Pomits, vol. 1, no. 1, 1-5, 2012. [4] Friska Ayu Nugraheni, dkk, “Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi Larutan Gula Dengan Menggunakan Interferometer Michelson,”Jurnal Teknik Pomits, vol. 1, no. 1, 1-5, 2012.
5
