PERANCANGAN VISKOSIMETER DIGITAL UNTUK MENGUKUR VISKOSITAS MINYAK BERBASIS MIKROKONTROLER AT8535 DENGAN TAMPILAN PC NURJANNAH1
[email protected] NASRUDDIN M.N2
[email protected] TULUS IKHSAN NASUTION3
[email protected] 1) Mahasiswa, 2) Dosen, 3) Dosen Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara, MEDAN
INTISARI: Rancangan viskosimeter digital berbasis mikrokontroller ATMega8535 telah dilakukan dengan menggunakan metode bola jatuh, sampel yang digunakan yaitu minyak goreng bermerek (A), minyak goreng curah yang belum dipakai (B), minyak goreng curah sekali pakai (C) dan gliserin. Viskosimeter tersebut telah diujicoba untuk menentukan viskositas yang hasilnya Minyak A = 3,16 x10-3 Poise, Minyak B = 3,30 x10-3 Poise, Minyak C = 3,11 x10-3 Poise, dan Gliserin = 1,28 Poise dan dengan menggunakan viskosimeter konvensional (manual) hasilnya Minyak A = 3,40 x10-3 Poise, Minyak B = 3,60 x10-3 Poise, Minyak C = 2,78 x10-3 Poise, dan Gliserin = 1,20 Poise. Hasil dari viskosimeter digital dibandingkan dengan viskosimeter konvensional (manual) ternyata hasilnya mendekati sehingga dapat dikatakan bahwa alat ini telah mampu mengukur viskositas minyak goreng A, B, C dan gliserin. Dan dengan keberhasilan perancangan viskosimeter digital ini telah dapat menggantikan pengukuran viskositas yang dilakukan secara manual yang mana pengukuran dapat dilakukan dengan cepat, akurat, dan praktis. Kata kunci : Viskosimeter, Viskositas, Mikrokontroller AT8535 Abstrack: Design digital viscosimeter base on ATMEGA8535 mikrocontroller have been conducted by using ball method fall, used sampel that is cooking oil have brand ( A), bulk cooking oil which not yet been weared ( B), bulk cooking oil once wear ( C) and glycerine. The Viscosimeter have in test-drive to determine viscositas which its result of Oil of A = 3,16 Poise x10-3, Oil of B = 3,30 Poise x10-3, Oil of C = 3,11 Poise x10-3, and Glycerine = 1,28 Poise and by using conventional viscosimeter ( its result manual) of Oil of A = 3,40x10-3 Poise, Oil of B = 3,60 x10-3 Poise, Oil of C = 2,78x10-3 Poise, and Glycerine = 1,20 Poise. Result of from compared to digital viscosimeter of conventional viscosimeter ( manual) in the reality its result come near so that can be said that by this appliance have been able to measure cooking oil viskositas of A, B, C and glycerine. And with efficacy of scheme of this digital viskosimeter have earned to replace measurement of conducted viskositas manually the which measurement can be conducted swiftly is, accurate, and practical Key Word : Viscosimeter, Viscositas, Mikrokontroller AT8535 PENDAHULUAN Ilmu perekayasaan tentang mekanika fluida telah di kembangkan melalui pemahaman mengenai sifat-sifat fluida, penerapan hukum-hukum dasar mekanika dari termodinamika dan percobaan-percobaan yang teratur. Sifat kerapatan dan sifat viskositas memegang peranan yang penting dalam hal aliran. Secara Umum, pada setiap aliran, lapisan-lapisan berpindah pada
kecepatan yang berbeda-beda dan viskositas fluida meningkat dari tekanan geser antara lapisan yang secara pasti melawan setiap gaya yang diberikan (Streeter,1998). Benda yang bergerak dalam fluida kental mengalami gaya gesek . Untuk mengetahui suatu viskositas dari suatu zat dapat dilakukan dengan simulasi dari sebuah benda yang berbentuk bola (kelereng) dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, maka
kecepatannya akan bertambah karena pengaruh gravitasi Bumi hingga mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap. Oleh sebab itu diperlukan suatu alat ukur viskositas yang sensitif. Viskometer merupakan alat untuk mengukur nilai viskositas atau kekentalan suatu fluida. Dalam pembuatan alat viskometer ini dapat langsung memperoleh waktu sehingga nilai viskositas dari fluida yang diujikan dapat diketahui. Berdasarkan latar belakang diatas, maka dibuatlah suatu perancangan alat viskometer digital untuk mengukur nilai viskositas dari minyak goreng. METODOLOGI PENELITIAN PERANCANGAN ALAT
Pada sensor yang kedua dan ketiga ini sama halnya seperti yang pertama dan pada sensor yang ketiga ini menyebabkan timer memberhentikan proses perhitungan, sehingga kerja viskosimeter selesai. Dan data pengukuran waktu tempuh bola dalam minyak goreng (sampel), serta nilai viskositasnya ditampilkan pada LCD, sedangkan PC (personal Computer ) menampilkan keseluruhannya, yaitu waktu tempuh bola, nilai viskositas dan grafiknya dengan menggunakan program VB. Persamaan yang digunakan untuk mencari nilai viskositas suatu cairan seperti pada persamaan (1). ……. (1)
Alat penghitung nilai viskositar yang dirancang pada penelitian ini terdiri dari tabung penampung cairan yang terbuat dari kaca dengan sumber cahaya LED, LDR, mikrokontroller, dan penampil informasi pada PC dan LCD. LCD
Dengan : = Kecepatan terminal (m/s) η = Koevesien Viskositas fluida (Pa s) R = jari-jari bola (m) g = Percepatan gravitasi (m/s2) ρb = massa jenis bola (Kg/m3) ρf = massa jenis fluida (Kg/m3)
LED
Bola Jatuh
Program Mikrokonteroller ATMega8535 LDR
RS232
PC
PEMBUATAN ALAT Alat yang dibuat terdiri dari rangkaian catu daya dengan output 5 volt, rangkaian sensor, rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega8535, rangkaian LCD. Secara keseluruhan, rangkaian elektrik dari alat yang dibuat seperti pada Gambar 2.
Gambar 1. Diagram Blok perancangan viskometer digital Benda kerja berupa bola dijatuhkan kedalam tabung yang telah diisi minyak, kemudian bola tersebut melewati ruang cahaya ataua daerah pencahayaan diantara LDR dan LED sehingga akan mengganggu intensitas cahaya yang ditanggap oleh LDR. Dalam hal ini, intensitas cahaya berkurang. Waktu terjadinya pengurangan intensitas tadi dihitung oleh timer melalui sinyal-sinyal keluaran LDR yang diterimanya, menyebabkan timer menghitung waktu sepanjang jarak yang ditentukan. Proses selanjutnya bola tadi akan melanjutkan perjalanannya hingga melewati ruang cahaya antara sensor LDR yang kedua dengan LED. Gambar 2. Rangkaian elektrik alat
start
Insialisasi Program
Bola dijatuhkan
No
bola mengenai Sensor 1 No Ya Start menghitung waktu (Timer ON)
bola mengenai Sensor 2 Ya Start menghitung waktu (Timer OFF)
Proses menghitung Viskositas
LCD
PC
menunjukkan nilai dibawah 1. Yang berarti perbedaan waktu tersebut kecil. Pebedaan ini dipercayai disebakan massa bola yang berbeda, walaupun perbedaan tersebut kecil. Pebedaan waktu ini telah mempengaruhi keakuratan hasil pengukuran viskositas. Walaupun begitu, standart deviasinya masih dibawah 1 sehingga masih bisa dianggap performa alat masih baik. Kondisi yang juga terjadi untuk minyak goreng B, C dan gliserin seperti ditunjukkan masing-masing pada tabel 4.2 ,4.3 dan 4.4 dibawah :
Tabel 2. Minyak Goreng B percobaan Waktu η (Poise )x10-3 (det) 1 4,406 3,140 2
4,843
3,303
3
4,765
3,250
4
4,627
3,156
5
5,373
3,665
STD
0,321412 0,190804
Selesai
Gambar 3. Diagram Alir perancangan viskometer digital HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil dari pengukuran berupa waktu tempuh bola sejauh 40 cm dan nilai viskositas minyak goreng A, B dan C serta gliserin, yang ditampilkan pada LCD masing-masing pada tabel 1, 2, 3 dan 4 : Tabel 1. Minyak Goreng A percobaan Waktu η (Poise )x10-3 (det)
Tabel 3. Minyak Goreng C percobaan Waktu η (Poise )x10-3 (det) 1
4,667
3,183
2
4,686
3,196
3
4,392
3,00
4
4,686
3,196
5
4,412
3,009
STD
0,136352 0,091859
1
4,196
2,862
2
4,490
3,063
3
4,765
3,250
4
4,275
3,598
2
31,23
1,32
5
4,451
3,036
3
32,27
1,36
STD
0,197434 0,250406
4
29,76
1,26
5
28,68
1,21
STD
1,2474
0,0523
Hasil dalam tabel 4.1 menunjukkan bahwa masih ada perbedaan waktu dalam 5 kali pengukuran, tetapi standart deviasinya
Tabel 4. Gliserin percobaan Waktu (det) 1 29,92
η (Poise ) 1,26
Dari data yang diperoleh pada pengukuran minyak A, B dan C rata-rata memiliki nilai viskositas yang tidak jauh berbeda untuk pengambilan data sebanyak 5 kali. Namun, untuk pengukuran gliserin nilai viskositas gliserin jauh lebih tinggi dibandingkan dengan minyak A, B dan C. Hasil lainnya mendapati bahwa waktu tempuh minyak B lebih lama dibandingkan dengan minyak A, tetapi lebih cepat dibandingkan dengan minyak C. Ini menunjukkan terdapat penurunan viskositas minyak setelah dipakai untuk menggoreng. Secara teori dan praktiik (Sutiah,2008) minyak goreng yang sudah dipakai sekali mempunyai nilai kerapatan yang paling kecil karena minyak goreng tersebut telah berkurang nilai kerapatannya akibat pemanasan saat penggorengan, sehinggga gesekan yang terjadi dalam lapisan-lapisan minyak tersebut menjadi lebih kecil yang mengakibatkan nilai viskositasnya kecil. Sedangkan untuk perbandingan antara minyak A dan B yaitu waktu tempuh minyak A yang lebih cepat dibandingkan minyak B diyakini disebabkan minyak B mempunyai kerapatan molekul yang lebih kecil dibandingkan dengan minyak A. Viskositas ditimbulkan oleh gesekan pada lapisan-lapisan dalam cairan, sehingga makin besar gesekan yang terjadi maka viskositasnya semakin besar, begitu juga jika gesekan yang terjadi lebih kecil, maka viskositasnya juga kecil. Perbedaan ini mungkin dikarenakan kesalahan dalam pengamatan gerak bola akibat tidak lurusnya pandangan. Selain itu disebabkan karena kelelahan atau kerusakan mata pengamat dan juga tidak serempaknya pengamatan bola dan pengamatan pencatat waktu. Hal itu sesuai dengan kelemahan utama pengukuran viskositas metode bola jatuh secara manual. Adapun hasil perbandingan viskositas yang diperoleh dari percobaan yang dilakukan dengan viskosimeter berbasis mikrokontroller dan yang diperoleh secara manual atau konvensional dapat dilihat ditabel 5.
Tabel 5. Perbandingan Nilai Viskositas Minyak Goreng (A, B, C) dan Gliserin Viskositas (Poise) Bahan Uji
Digital
Manual
STD
A
3,16 x10-3
3,40 x10-3
0,12
Minyak B Goreng C
3,30 x10-3
3,60 x10-3
0,15
3,11 x10-3
2,78 x10-3
0,19
Gliserin
1,28
1,20
0,04
Dari data pada tabel 5 nilai viskositas masing-masing minyak A, B dan C, dapatdibuat dalam bentuk grafik perbandingan, seperti pada gambar 4 dibawah ini :
Gambar 4: Grafik Perbandingan Masingmasing minyak A, B, C dan Gliserin dalam pengukuran Manual dan Digital Dari grafik 4, dapat dikatakan bahwa viskositas diantara minyak A dan B baik yang diukur secara konvensional maupun digital tidak terlalu berbeda walaupun jelas terlihat viskositas minyak A lebih rendah dibanding minyakl B. Namun jika dibandingkan dengan minyak C, perbedaan semakin jelas dimana viskositas minyak C jauh lebih rendah dibandingkan viskositas minyak A dan B. Dengan demikian dapat dinyatakan viskositas minyak berkurang setelah dipakai untuk penggorengan. Dalam hal ini, hasil perhitungan viskositas secara konvensional dan digital untuk minyak A, B dan C terlihat tidak berbeda secara signifikan. Sedangkan perbandingan untuk gliserin dapat dikatakan bahwa viskositas gliserin dibandingkan dengan minyak A, B dan C jauh lebih tinggi. Hasil ini dapat diterima karena massa jenis
cairan gliserin (ρc = 0,12 kg/m3) jauh lebih kental dibandingkan dengan minyak goreng yang memiliki massa jenis cairan (ρc = 0,0863 kg/m3). Hasil ini juga menunjukkan alat yang dirancang dalam penelitian ini telah dapat bekerja dengan baik. Jadi dapat dikatakan bahwa tingkat keakuratan alat ini cukup baik dalam pengukuran karena memiliki standar deviasi (STD) dibawah 1. Dengan mengambil nilai standar untuk minyak goreng η = 3,98x10-3 poise dan nilai standar untuk gliserin η = 1,55 poise yang dijadikan sebagai perbandingan dari data yang dihasilkan dari alat ini. Hasil perhitungan persen ralat minyak A, B, C dan gliserin menunjukkan nilai masing-masing sebesar 0,02%, 0,017%, 0,021% dan 0,17%. Selain itu, perbandingan hasil pengukuran viskositas dengan mikrokontroller (digital) untuk setiap sampel mendapati viskosimeter digital yang dirancang sesuai dengan hasil yang didapat secara konvensional. Hal ini memberi gambaran bahwa hasil viskosimeter dalam perancangan ini sesuai dengan apa yang dilakukan pada eksperimen. Alat viskosimeter berbasis mikrokontroller yang digunakan mampu mengukur viskositas cairan dengan tepat, selain itu waktu lebih konsisten dan ralat lebih kecil dibandingkan dengan pengkuran secara konvensional. KESIMPULAN 1.Telah dilakukan rancang bangun viskosimeter berbasis mikrokontroller ATmega8535 dan viskosimeter ini dapat digunakan untuk mengukur viskositas minyak goreng dan gliserin. 2.Hasil pengukuran waktu bola jatuh dengan menggunakan viskosimeter berbasis mikrokontroller lebih akurat dan cepat jika dibandingkan dengan pengukuran menggunakan voskosimeter konvensional (manual ). 3. Viskositas masing-masing minyak dan gliserin yang diukur dengan viskosimeter berbasis mikrokontroller besarnya : Minyak A = 3,16 x10-3 poise, Minyak B = 3,30 x10-3 poise, Minyak C = 3,11 x10-3 poise , dan Gliserin = 1,28 poise
DAFTAR PUSTAKA [1] Streeter, Victor L, dkk.1988,”Mekanika Fluida” Edisi Kedelapan. Jilid 1.Jakarta. Penerbit Erlangga. [2] Sutiah, K.S. Firdausi,W.S.Budi. 2008. Studi Kualitas Minyak Goreng Dengan Parameter Viskositas Dan Indeks Bias. Berkala Fisika Vol 11(2). [3] Giancoli, Douglas C.1998,”Fisika” Edisi Kelima. Jakarta. Penerbit Erlangga. [4]Riantiningsih, Wahyu N. 2009, Pengamanan Rumah Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 dengan sistem Imformasi dengan menggunakan PC. [5] Budianto,Anwar.2008. Metode Penentuan Koefesien Zat Cair Dengan Menggunakan Regresi Linier Hukum Stokes. Yogyakarta [6] Riyadi, Heri S.2008. Diaplay alat ukur viskositas pada percobaan viskosimeter stokes dengan pemograman Borland Delphi
