RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC
SKRIPSI
JANSIUS D SITORUS 110801084
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
JANSIUS D SITORUS 110801084
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
PERSETUJUAN
Judul
: Rancang Bangun Alat Ukur Tingkat Kerusakan Oli Mesin Berdasarkan Konstanta Dielektrik Berbasis PC : Skripsi : Jansius D Sitorus : 110801084 : Sarjana (S1) Fisika : Fisika : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Kategori Nama Nomor Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas
Disetujui di Medan, September 2015
Komisi Pembimbing: Pembimbing 2,
Pembimbing 1,
Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc NIP. 195609181985031002
Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003
Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003
iii
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
September 2015
JANSIUS D SITORUS 110801084
iv
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC” yang disusun sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana di Universitas Sumatera Utara. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat maupun ucapan trima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah menunjang atas selesainya skripsi ini, diantaranya kepada : 1. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang dan Bapak Dr.Bisman Perangin-angin M.Eng.Sc sebagai Dosen pembimbing saya dalam menyelesaikan tugas akhir saya. Terima kasih atas semangat, bimbingan, dukungan dan doa dari Bapak. 2. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang selaku Ketua Jurusan Departemen Fisika, Bapak Drs.Syahrul Humaidi M.Sc selaku sekertaris jurusan Departemen Fisika. 3. Bapak Dekan USU Bapak Dr.Sutarman M.Sc beserta seluruh Civitas Akademika FMIPA USU. 4. Ayahanda P. Sitorus dan Ibunda K. Manurung atas kasih sayang dan kepercayaan dan senantiasa mengingatkan dan memberi semangat dalam mengikuti kuliah, belajar sampai pada penelitian skripsi selesai dengan baik. 5. Kepada keluarga kakak Ranap Natalina Sitorus, Lenni Sitorus, Basa Sitorus, Pebrianti Sitorus dan juga kepada adik Dahlan Sitorus dan Renhat Seven Sitorus, kepada nenek Op. Parulian Sitorus dan seluruh keluarga yang senantiasa mendukung saya. 6. Terima kasih kepada teman staf asisten di laboratorium elektronika lanjutan. 7. Kepada Juliana Situmeang yang selalu mendukung dan memberi semangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Kepada sahabat-sahabat tercinta Simon Sirait, Janner Batubara, Hendri P Banjarnahor, David Hutajulu, Ancela Simbolon, Rinto Pangaribuan, Jerri Simanjuntak, Parasian Simbolon, Damos Lumbantoruan, Russell Ong, Dosni Sipahutar, Eman Harefa, Rusti Simbolon, dan seluruh kawan-kawan seperjuangan di Departemen Fisika USU stambuk 2011 “PHYSICS PROLIX”. Terima kasih untuk bantuan, smangat dan sarannya. Semoga tulisan ini mampu menjadi sumber ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kemajuan pendidikan dan penelitian di Indonesia. Amin.
Penulis
v
RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC
ABSTRAK
Telah dilakukan suatu identifikasi perubahan tingkat kerusakan oli mesin dengan mengidentifikasikan perubahan konstanta dielektrik yang ditunjukkan terjadinya perubahan tegangan keluaran yang terjadi pada sistem alat yang telah dirancang dan dibangun. Dibuat transduser kapasitif dengan memanfaatkan pelat konduktor sejajar untuk mengidentifikasi perubahan medium dielektrik menggunakan perambatan gelombang listrik sinusoidal. Pengamatan dilakukan dengan mengukur pelemahan amplitudo gelombang akibat interaksi terhadap medium sampel oli mesin. Gelombang listrik dibangkitkan melalui rangkaian osilator menggunakan IC XR2206 dengan frekuensi 50 KHz yang telah menunjukkan perbedaan tegangan dari setiap sampel oli mesin. Pengujian dilakukan pada lima sampel oli mesin dengan volume yang sama 200 ml antara lain: oli mesin fresh, campuran 150 ml oli fresh dan 50 ml oli buruk (campuran 1), campuran 100 ml oli fresh dan 100 ml oli buruk (campuran 2), campuran 50 ml oli fresh dan 150 ml oli buruk (campuran 3), dan oli mesin buruk. Hasil pengujian dengan sistem alat menunjukkan nilai tegangan berturut-turut 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volt dengan tren naik. Telah didapat suatu hubungan semakin tinggi nilai tegangan dari sistem alat, maka semakin tinggi pula tingkat kerusakan yang terjadi pada oli mesin. Perubahan tegangan diakibatkan perubahan konstanta dielektrik dari setiap sampel oli mesin tersebut.
Kata kunci: transduser kapasitif, dielektrik, kerusakan oli mesin.
vi
DESIGN TOOLS TO MEASURE THE LEVEL OF DAMAGE ON ENGINE OIL BE BASED ON DIELECTRIC CONSTANTS HAVE AS A BASE ON PC
ABSTRACT
Has conducted an identification of changes in the level of damage to the engine oil by identifying changes in the dielectric constant indicated the output voltage changes the occur in a system tool that has been designed and constructed. Capasitive transducer is made by utilizing the conductor plate parallel to indentify changes in the dielectric medium using sinusoidal electric wave propagation. Observations carried out by measuring the amplitude of the wave attenuation due to the interaction of the sample medium engine oil. Electrical waves have been generated by the oscillator circuit using XR2206 IC with a frecuency of 50 KHz which have shown the voltage difference of each sample of the engine oil. Tests one performed on five samples of engine oil with an equal volume of 200 ml, among others: fresh engine oil, a mixture of 150 ml fresh oil and 50 ml bad oil (mixture 1), a mixture of 100 ml fresh oil and 100 ml bad oil (mixture 2), a mixture of 50 ml fresh oil and 150 ml bad oil (mixture 3), and bad engine oil. The test results demonstrate the tool system with voltage values 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volts respectively with a rising trend. Has obtained a higher voltage value relationship of the tool system, the higher the degree of damage to the engine oil. Voltage changes due to changes in the dielectric constant of each sample of the engine oil.
Keywords: capasitive transducer, dielectric, damage of engine oil.
vii
DAFTAR ISI
Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel Daftar Lampiran Daftar Singkatan
iii iv v vi vii viii x xi xii xiii
BAB 1 Pendahuluan 1.1.Latar Belakang 1.2.Rumusan Masalah 1.3.Batasan Masalah 1.4.Tujuan Penelitian 1.5.Manfaat Penelitian 1.6.Sistematika Penulisan
1 1 2 2 3 3 3
BAB 2 Tinjauan Pustaka 2.1.Dielektrikum dan Kapasitansi 2.1.1. Medium Dielektrik 2.1.2. Kapasitansi Kapasitor 2.2.Osilator dengan IC XR2206 2.3.Transduser Kapasitif 2.3.1. Defenisi Transduser Kapasitif 2.3.2. Interaksi Gelombang Listrik pada Medium Dielektrik 2.4.Sistem Pelumasan Mesin 2.4.1. Dasar Pelumasan Mekanik Mesin 2.4.2. Minyak Pelumas 2.4.2.1.Kekentalan Minyak Pelumas (viskositas) 2.4.2.2.Klasifikasi viskositas Oli Mesin Berdasarkan Indeks SAE 2.5.Penguat Operasional 2.5.1. Op-Amp Ideal 2.5.2. Penguat Diferensiator 2.5.3. Penguat Inverting 2.6.Mikrokontroller ATMega8535 2.6.1. Mikrokontroller AVR 2.6.2. Arsitektur ATMega8535 2.6.3. Konfigurasi PIN 2.6.4. Peta Memori 2.6.5. Bahasa Pemrograman Mikrokontroller ATMega8535 2.7.USB to TTL sebagai Komunikasi Data Serial
5 5 5
viii
7 9 9 11 11 11 12 13 13 14 15 17 17 18 18 19 21 23 24 25
2.8.Personal Computer (PC)
26
BAB 3 Metodologi Penelitian 3.1.Tempat dan Waktu Penelitian 3.2.Peralatan, Bahan dan Komponen 3.2.1. Peralatan 3.2.2. Bahan dan Komponen 3.3.Diagram Blok 3.4.Prosedur Penelitian 3.4.1. Rangkaian Sistem Alat A. Sistem Minimum ATMega8535 B. Transduser Kapasitif C. Pembangkit Sinyal dengan IC XR2206 D. Pengkondisi Sinyal E. Komunikasi Data Serial USB to TTL F. Power Supply 3.4.2. Rancangan Sistem Program A. Flowchart Program pada mikrokontroller B. Flowchart Program pada Visual Basic 3.4.3. Pengujian Sampel Oli A. Pengujian Konstanta Dielektrik dengan Alat 3.5.Rangkaian Lengkap
27 27 27 27 27 28 29 29 29 30 32 33 34 34 35 35 36 37 37 38
BAB 4 Hasil dan Pembahasan 4.1.Hasil Penelitian 4.1.1. Pengujian Alat A. Pembangkit Sinyal (Osilator) B. Penguat Sinyal (amplifier) C. Pelat Sejajar sebagai Transduser Kapasitif D. Pengujian Mikrokontroller ATMega8535 E. Visual Basic 6.0 pada PC 4.1.2. Pengujian Sistem Alat pada Sampel Oli 4.2.Analisa Penelitian
39 39 39 39 40 40 44 44 46 49
BAB 5 Kesimpulan dan Saran
50
Daftar Pustaka
52
ix
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9
Judul
Halaman
Kapasitor dua pelat datar sejajar Diagram blok XR2206 Transduser kapasitif (seijin stathaminstruments, inc) Ilustrasi perambatan gelombang melalui medium dielektrik yang mengalami pelemahan amplitudo gelombang Dasar pelumas mekanik mesin Kekentalan/viskositas oli Klasifikasi oli berdasarkan SAE Lambang Op-Amp Rangkaian diferensiator dasar Rangkaian penguat inverting Blok diagram dan arsitektur ATMega8535 memori AVR ATMega8535 tampilan codevisionAVR USB to TTL Diagram blok sistem alat ukur kerusakan oli Rangkaian sistem minimum mikrokontroller ATMega8535 Desain pelat sejajar sebagai transduser kapasitif Rangkaian skematik pembangkit sinyal Rangkaian sistematik pengkondisi sinyal LM741 rangkaian penyearah keluaran penguat sinyal Rangkaian skematik USB to TTL Rangkaian power supply (PSA) Flowchart algoritma program pada mikrokontroller flowchart algoritma program pada visual basic Rangkaian lengkap Grafik frekuensi teori dan frekuensi praktek vs resistansi Resistor variabel eksternal Pelat tembaga sebagai transduser Grafik hubungan frekuensi dan tegangan pada medium udara dan oli fresh Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran (kuning) pada frekuensi 40 KHz Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran (kuning) pada frekuensi 90 KHz Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran (kuning) pada frekuensi 50 KHz Tampilan pengujian pada (a) medium udara, sampel (b) oli fresh dan (c) oli buruk pada visual basic Grafik tingkat kerusakan terhadap tegangan sampel oli dalam 5 kali pengulangan Grafik hubungan tegangan rata-rata terhadap sampel oli mesin
x
7 8 10 11 12 13 14 16 17 18 21 24 25 26 28 30 31 32 33 33 34 34 35 36 38 39 41 41 42 42 43 46 48 48
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel 2.1 2.2 4.1
Judul
Halaman
Konstanta Dieletrik beberapa bahan konfigurasi pin mikrokontroller ATMega8535 hasil pengukuran tegangan sampel oli mesin
xi
6 22 47
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran 1 2 3 4
Judul
Halaman
Listing program pada CodeVisionAVR Gambar alat secara keseluruhan saat pengujian sampel Gambar multimeter digital Sanwa CD800a dan Osiloskop OWON 600 MHz Gambar tampilan visual basic 6.0 pada pengujian medium udara dan 5 sampel oli
xii
51 53 55 56
DAFTAR SINGKATAN
KHz IC SAE USB TTL PC AC OP-AMP ADC
= kiloHertz = Integrated Circuit = Society of Automotive Enginers = Universal Serial Bus = Transistor Transistor Logic = Personal Computer = Alternating Current = Operational Amplifier = Analog to Digital Converter
xiii
