Sistem Sensor Kekentalan Oli Mesin Sepeda Motor Dengan Pengukuran Kapasitansi dan Indeks Bias Yudhis Thiro Kabul Yunior, Harris Pirngadi, Tasripan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Abstrak .Oli mesin pada sepeda motor berfungsi sebagai minyak pelumas, pendingin, pelindung dari karat, pembersih dan penutup celah pada dinding mesin. Pelumasan terhadap mesin digunakan untuk menghindari terjadinya gesekan langsung antara logam dalam mesin, sehingga tingkat keausan logam dan tingkat kerusakan mesin dapat dikurangi. Untuk mendapatkan minyak pelumas yang baik maka jenis oli yang digunakan harus diperhatikan. Faktor kekentalan atau viskositas oli merupakan besaran yang harus disesuaikan dengan klasifikasi mesin, dengan demikian penggunaan jenis minyak pelumas yang sesuai dapat digunakan menurut tipe, peforma maupun kebutuhan pengunanya. Pada Tugas Akhir ini akan diimplementasikan suatu sistem pengukuran sensor kekentalan Oli dengan menggunakan sensor Cylinder kapasitif yang dibuat dari plat berbahan aluminium dan panjang berkas pembiasan cahaya dengan cara menghitung besaran pixel pada setiap oli yang diuji.Sensori kapasitansi digunakan untuk menghasilkan nilai frequensi menggunakan rangkaian astable multivibrator yang ditransmisikan oleh Mikrokontroller AT Mega 16. Sedangkan panjang berkas cahaya dengan mendapatkan nilai pixel pada setiap sampel oli.Berdasarkan pengujian didapatkan bahwa sistem ini dapat membedakan kekentalan oli dengan berbagai macam SAE Kata kunci : Oli Mesin, Capasitif Sensor, Viscositas,Indeks Bias Cahaya
1. Pendahuluan
sebatas merknya saja, padahal tiap mesin kendaraan memerlukan tingkat kekentalan oli yang berbeda-beda yang akan berpengaruh pada kemampuan pelumasan mesin. Dengan adanya permasalahan diatas maka pada tugas akhir ini akan diimplementasikan sensor dan tranduser yang digunakan untuk mengukur kekentalan oli mesin sepeda motor berdasarkan metode kapasitansi dan indeks bias. Sensor kapasitif akan dibuat dari plat berbahan aluminium dengan nilai frekuensi yang bekerja menggunakan rangkaian astable multivibrator sehingga besaran frekuensi akan berbah sesuai dengan bahan uji yang diberikan. Untuk Sistem Indeks Bias dilakukan dengan menggunakan webcam yang berbasis computer untuk menghitung nilai pixel berdasarkan berkas pembiasan cahaya. Terselesaikannya sensor dan tranduser ini diharapkan akan mempermudah para pengguna kendaraan bermotor khususnya roda dua untuk memilih oli mesin sesuai dengan jenis motor pengguna.
Oli mesin pada sepeda motor berfungsi sebagai minyak pelumas, pendingin, pelindung dari karat, serta penyekat mesin. Pelumasan terhadap mesin digunakan untuk menghindari terjadinya gesekan langsung antara logam dalam mesin, sehingga tingkat keausan logam dan tingkat kerusakan mesin dapat dikurangi sehingga usia pakai (life time) mesin semakin awet. Dengan klasifikasi mesin yang berbeda-beda`tentunya dibutuhkan oli mesin dengan tingkat kekentalan yang berbeda-beda pula. Faktor kekentalan dan viskositas oli merupakan besaran yang harus disesuaikan dengan klasifikasi mesin, dengan demikian penggunaan jenis minyak pelumas yang sesuai dapat digunakan menurut tipe, peforma maupun kebutuhan pengunanya. Permasalahan yang sering muncul pada masyarakat awam adalah penggunaan oli mesin yang tidak memperhatikan kekentalannya tetapi hanya dengan melihat oli
1
2. Kajian Pustaka 2.1 Pelumas Mesin (Oli Mesin) Pelumas oli merupakan sejenis cairan kental yang berfungsi sebagai pelicin, pelindung, dan pembersih bagi bagian dalam mesin. Kode pengenal Oli adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of Automotive Engineers. SAE (Society of Automotive Engineer) adalah sebuah lembaga standarisasi seperti ISO,DIN atau JIS yang mengkhususkan diri di bidang otomotif. Standarisasi minyak pelumas untuk mesin kendaraan bermotor pertama kali dilakukan oleh Society of Automotive Engineers (SAE) pada tahun 1911 dengan kode SAE J300. Minyak pelumas dikelompokkan berdasarkan tingkat kekentalannya. Dalam kemasan atau kaleng pelumas, biasanya dapat ditemukan kode angka yang menunjukkan tingkat kekentalannya, seperti: SAE 40, SAE 90, dsb. Semakin tinggi angkanya semakin kental minyak pelumas tersebut. Ada juga kode angka multi grade seperti SAE 10W-50, yang dapat diartikan bahwa pelumas memiliki tingkat kekentalan sama dengan SAE 10 pada suhu udara dingin (W=Winter) dan SAE 50 pada suhu udara panas (Wijaya, R. Indra, 2005).
2.3
Mikrokontroler ATMega16 Mikrokontroler merupakan keseluruhan sistem komputer yang dikemas menjadi sebuah chip di mana di dalamnya sudah terdapat Mikroprosesor, I/O, Memori bahkan ADC, berbeda dengan Mikroprosesor yang berfungsi sebagai pemroses data. Mikrokontroller AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) memiliki arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock atau dikenal dengan teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing) [5]. Secara umum, AVR dapat dikelompokan ke dalam 4 kelas, yaitu keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing adalah kapasitas memori, peripheral dan fungsinya [5]. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. 2.4 Open CV OpenCV (Open Computer Vision) merupakan semacam library yang digunakan dalam membuat aplikasi yang berkaitan dengan computer vision. OpenCV juga menyediakan banyak fungsionalitas, yang tentunya dapat mempersingkat waktu dalam pembuatan aplikasi yang lumayan rumit.
2.2 Cylinder Kapasitor Sensor kapasitif dapat mengindera langsung berbagai hal, seperti: gerakan, komposisi kimia dan medan listrik. Sensor kapasitif juga dapat mengindera berbagai variabel yang dikonversi terlebih dahulu menjadi konstanta gerak ataupun dielektrik, seperti: tekanan,percepatan, tinggi dan komposisi fluida.Sensor kapasitif menggunakan elektroda konduktif dengan dielektrik. Rangkaian detector hanya membutuhkan tegangan (listrik) 5 Volt yang akan mengubah variasi kapasitansi menjadi variasi voltase, frekuensi atau lebar pulsa
2..5 IC Pembangkit Gelombang IC NE/SE 555 adalah piranti multiguna yang telah secara luas digunakan. Piranti ini dapat difungsikan sebagai astable multivibrator. Rangkaian khusus ini dapat dibuat dengan komponen dan daya yang minimal. Rangkaian dapat dengan mudah dibuat dan sangat reliabel. Chip khusus ini telah banyak diproduksi oleh beberapa pabrik. Sebagai tanda, semua produksi terdapat angka 555 misalnya SN72555, MC14555, SE555, LM555 dan CA555. Rangkaian internal IC 555 biasanya dilihat dalam sebagai blok-blok. Dalam hal ini, chip memiliki dua komparator, sebuah bistable flip-flop, sebuah pembagi resistif, sebuah transistor pengosong dan sebuah keluaran. 2.6 Pembiasan Cahaya Pembiasan cahaya adalah pembelokan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya. Indeks bias mutlat suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya diruang hampa dengan kecepatan cahaya dibahan tersebut.
Gambar 2.1.0 Cylinder Kapasitansi Dimana : L = panajang silinder (m) a = radius silinder dalam (m) b = radius silinder luar (m)
2
Indeks bias relative medium kedua terhadap medium pertama adalah perbandingan indeks bias antara medium kedua dengan indeks bias medium pertama.
Sensor Cylinder kapasitif
Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang erbeda kerapatan optiknya. 2.5.1 Hukum Snellius Hukum snellius adalah rumusan matematika yang memberikan hubungan antara sudut dating dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotopic berbeda, seperti udara dan gelas. Hukum ini diambil dari matematika Belanda Willebrord Snellius yang merupakan salah satu penemunya. Hasil eksperimen ini dikenal dengan nama Snell yang berbunyi : -Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar. - Hasil bagi sinus sudut dating dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap dan disebut indeks bias (Johan, 2008). 2.6 Web Camera
Rangkaian Astable Multivibrator
Mikrokont roller
Display
Web Cam
Sampel Oli
Gambar 3.10 Blok Diagram Sistem Parameter capasitif terdiri dari sensor kapasitif, rangkaian Astable Multivibrator , mikrokontroller, dan LCD sebagai Display, sedangkan untuk parameter indeks bias menggunakan parameter diode laser dan kamera webcam. 3.1.1 Sensor Cylinder Kapasitif Pada tugas akhir ini tahap pertama yang dilakukan adalah perancangan Cylinder kapasitif Sensor. Sensor kapasitif ini didesain menggunakan 2 plat berbahan konduktor berbentuk lingkaran yang terbuat dari aluminium dengan luas penampang panjang 8 cm dan diameter lingkaran dalam 1cm dan diameter lingkaran luar 3,2 cm.
Webcam adalah media untuk mengambil gambar (bergerak/tidak bergerak) yang kemudian mengubahnya menjadi sinyal video. Supaya gambar yang diambil dapat diproses, maka sinyal video ini harus diubah menjadi sinyal digital. Dengan sinyal berupa data digital ini dapat dilakukan manipulasi ataupun pemrosesan sesuai dengan tujuan yang diinginkan. Dalam hal ini digunakan untuk mendeteksi ataupun membedakan warna dasar (merah, hijau, dan biru). 3. Perancangan Alat Pada bab ini akan dibahas tentang perancangan alat mulai dari perancangan hardware berupa sensor kapasitif, serta perancangan display menggunakan LCD berbasis Mikrokontroler dan juga perancangan software dengan menggunakan open cv.
Gambar 3.11 Perancangan Sensor Kapasitif
3.1 Perancangan Hardware
Sensor ini akan bekerja dengan memanfaatkan perubahan frequensi yang terjadi pada astable multivibrator.Perubahan frequensi ini akan diumpankan ke rangkaian minimum
Pembuatan perangkat keras elektronik dibuat berdasarkan blok yang telah dirancang terlebih dahulu.
3
Rangkaian Catu Daya
Dioda Laser
system dan diolah oleh mikrokontroler dan di displaykan menggunakan LCD. 3.1.2 Rangkaian Astable Multivibrator Perancangan astable multivibrator pada tugas akhir ini menggunakan IC 555 sebagai penghasil osilatornya. Agar IC 555 ini dapat menghasilkan maka komponen pendukungnya yaitu terdiri dari Ra, Rb, C skema rangkaiannya berikut ini :
Gambar 3.1.3 Rangkaian Catu Daya Untuk nilai-nilai komponennya yaitu : Trafo CT 3A Dioda Bridge 2A C1,C2 = 1000uf/50v C3-C6 = 100nf IC regulator = 7812, 7912 LED 2 buah R1, R2 = 330 ohm
Gambar 3.12 Rangkaian Astable Multivibrator
3.1.4 Modul Mikrokontroller Modul mikrokontroller berfungsi sebagai pengolah data yang berasal dari luar misalnya Vout dari rangkaian tranducer Berikut rangkaiannya :
Dimana harga tiap-tiap komponen : Ra = 220 Kohm Rb = 330 Kohm C = C sensor (hampa udara)= 0.016nf Untuk menghitung frekuensi yang di hasilkan dari osilator tersebut yaitu : F = 1.44/((R1+2R2)xC)
Maka frekuensi yang dihasilkan oleh rangkaian di atas adalah: F
=
. (
)
.
3.1.5 Display LCD Tampilan pada LCD tersebut merupakan inisialisasi dari mikrokontroler ATmega 16 berdasarkan output dari sensor cylinder kapasitif dan rangkaian astable multivibrator yang ditulis menggunakan program AVR dalam bahasa C.
^
= 80965,91 Hz = 80,97 Khz. Dengan berosilasinya sensor maka ketika benda dimasukkan dalam sensor seprti air , oli dengan SAE tertentu yang mana masing-masing berada dalam botol aqua maka akan dihasilkan perubahan frekuensi. 3.1.3 Rangkaian Catu Daya Rangkaian catu daya ini berfungsi untuk menyerahkan tegangan AC menjadi tegangan DC serta memfilter tegangan ripple ac agar mempunyai tegangan DC yang mendekati ideal. Kemudian rangkaian catu daya ini akan mensupplay tegangan kerangkaian yang membutuhkan seperti mikrokontroller, tranducer dan lainnya. Berikut ini adalah rangkaiannya :
Gambar 3.19 Display LCD 3.1.6 Rangkaian Photodioda Photodioda adalah suatu jenis diode yang resistansinya berubah-udah jika cahaya yang jatuh pada diode berubah-ubah intensitasnya. Dalam gelap nilai tahannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang mengalir. Semakin kuat cahaya yang jatuh pada diode maka semakin kecil nilai tahanannya.
4
Dioda Laser Sampel Oli
Gambar 3.20 Rangkaian Photo Dioda 3.1.7 Sampel Oli Penggunaan sampel oli pada Tugas Akhir ini yaitu jenis oli dengan multi grade oil dengan tingkat kekentalan SAE 10W/30, SAE 20W/50 , SAE 10W/40 serta air dan udara.
Kamera
Gambar 3.24 Skema Indeks Bias Oli Alat ini terdiri dari : - Dioda Laser - Sampel Oli - Webcam Prosedur Pengambilan Data 1.Mengisi kotak uji dengan bahan uji oli yang masih baru 2.Menentukan sudut sinar datang sinar laser 30 derajat dan mencatat sebagai i 3.Mengamati sudut bias pada oli sebagai r 4.Mengambil gambar sinar bias 5.Menghitung nilai RGB sinar bias menggunakan software 6.Menghitung sudut bias dengan menggunakan rumus :
=
Gambar 3.22 Sampel Oli 3.1.8 Web Camera Webcam adalah media untuk mengambil gambar (bergerak/tidak bergerak) yang kemudian mengubahnya menjadi sinyal video. Dalam hal ini digunakan untuk mendeteksi ataupun membedakan warna dasar (merah, hijau, dan biru).
Dimana ; Sin i = Sudut sinar datang Sin r = Sudut sinar bias n1 = Indeks bias udara n2 = Indeks bias oli 3.6 P erancangan Software Perancangan Software bertujuan agar dapat mengolah panjang berkas pembiasan cahaya menjadi nilai pixel .
Gambar 2.23 Web Cam Gambar 2.16 Hasil Perancangan Software 3.2 Penghitung Indeks Bias Menggunakan Webcam Fungsi dari alat ini adalah untuk melihat panjang berkas pembiasan cahaya dan besarnya sudut bias yang menembus sampel oli. Berkas pembiasan cahaya yang ditangkap oleh webcam kemudian selanjutnya dirubah kedalam pixel dan dihitung besaran sudutnya menggunakan software.
Metode Untuk Mengkonversi citra RGB menjadi citra Garyscale yaitu - Ambil nilai pixel merah, hijau, biru dari gambar berwarna - Gunakan fungsi matematika dan masukkan nilainya dalam satu warna grayscale. - Citra grayscale = 0,33 RED + 0,56 GREEN + 0,11 BLUE
5
Komputer
- Ganti warna merah, hijau, biru dengan warna baru grayscale Sedangkan untuk menghitung besarnya sudut - Ambil gambar berwarna merah dengan mengcrop hasil pemberkasan cahaya photodioda - Gunakan fungsi matematika dengan mengeset pada koordinat berdasarkan rumus tangen
No. Sampel
Frekuensi (Khz)
1 2 3 4 5
205,122 70,370 204,475 204,406 204,163
Udara Air Oli SAE 10 W 30 Oli SAE 20 W 50 Oli SAE 20 W 40
4.3 Pengujian Indeks Bias
4. Hasil Percobaan dan Pembahasan 4.1 Pengujian Sensor Kapasitif Pengujian terhadap sensor kapasitif dilakukan dengan mengukur besarnya nilai kapasitansi sensor menggunakan LCR meter serta menghitung menggunakan rumus kapasitansi..
Dioda Laser
Kamera
Gambar 4.12 Skema Pembiasan Pada Cahaya Oli
Prosedur Pengambilan Data 1.Mengisi kotak uji dengan bahan uji oli yang masih baru 2.Menentukan sudut sinar datang sinar laser 30 derajat dan mencatat sebagai i 3.Mengamati sudut bias pada oli sebagai r 4.Mengambil gambar sinar bias 5.Menghitung nilai RGB sinar bias menggunakan softare open cv 6.Menghitung sudut bias dengan menggunakan rumus :
Gambar 4.10 Cylinder Kapasitif Tabel 4.10 Pengujian Sensor Kapasitif dengan Bahan Udara a (cm) 0.5
B (cm) 1.6
L (cm) 8
€o 1,0006
C 2.14
= Dimana ; Sin i = Sudut sinar datang Sin r = Sudut sinar bias n1 = Indeks bias udara n2 = Indeks bias oli Tabel 4.12 Hasil Pengujian Indeks Bias Dengan Nilai Pixel Bahan Uji Air Udara Oli 20 W 50 Oli 10 W 30 Oli 10 W 40
Gambar 4.11 Pengukuran Kapasitansi menggunakan LCR Meter Pengujian menggunakan Multivibrator Tabel 4.11 Hasil Pengujian Frekuensi Menggunakan Astable Multivibrator 4.2
Astable
Nilai R 161 254 253 254 254
Nilai G 92 233 226 247 253
Nilai B 115 246 241 251 254
Tabel 4.13 Hasil Pengujian Indeks Bias Dengan Sudut Bias
6
DAFTAR PUSTAKA Bahan Uji Air Udara Oli 20 W 50 Oli 10 W 30 Oli 10 W 40
Sudut 94,484 96,054 95,063 95,095 94,289
[1]
Sutiah., Simulasi Pengukuran Nilai Viscositas Oli Mesran SAE 10-40 Dengan Penampil LCD .Institute Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta, 2008. [2] Abidin Zainal., Sensor Kapasitif., FTIB ITB, Bandung, 2009. [3] Baxter, Larry K., Capacitive Sensors., IEEE Press, Piscataway N.J., 1997. [4] Arianto Heri., Pemrograman Mokrokontroler AVR Atmega 16 Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR)., Informatika., Bandung, 2008 [5] Fernando., Rangkaian Oscillator., UI, Depok, 2011. [6] Zulfan Syah Putra., Sistem Sensor Kualitas Minyak Berdasarkan Pada Pengukuran Kapasitansi Dan Panjang Berkas Pembiasan Cahaya.Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya, 2012. [7] Joseph J.Carr., Sensor and Circuit., Englewood., New Jersey, 1993 [8] avid A.Bell., Solid State Pulse Circuit., Reston Publishing Company,Inc., Virginia, 1981 [9] Alex Nurwidiyanto, Profil Indeks Bias Oli Mesran dan Oli Top-1 Terhadap Variasi Jarak Tempuh, .Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta, 2008. [10] Suhata, ST, Visual Basic Sebagai Pusat Pengendali Perlatan Elektronik, Elexmedia Komputindo . Jakarta, 2004. [11] Mahisa Ajy, Membuat Aplikasi Pengolahan Citra Dengan Open CV , http://mahisaajy.blogspot.com, 2013.
Hasil Kseluruhan
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Kesimpulan dari tugas akhir ini adalah : 1. Kekentalan suatu cairan mempengaruhi perubahan nilai kapasitansi 2. Sensor yang dirancang menghasilkan Frekuensi 360 Khz dan berada pada daerah linieritas pada setiap pengujian sampel. 3. Ketinggian permukaan cairan yang mengenai lempeng sensor juga akan mempengaruhi nilai kapasitansi sensor 4. Dengan Nilai Frequensi 360 KHz Sensor Kapasitif dapat membedakan frekuensi bahan uji Oli SAE. 5. Pengujian pada indeks bias diperoleh sudut bias dan nilai pixel yang berbeda beda pada setiap sampel oli bahan uji. 5.2 Saran 1. Sebaiknya pengambilan data frekuensi dan nilai kapasitansi dilakukan pada saat sensor kapasitif sepenuhnya dalam oli dan tidak ada kontak tubuh dengan sensor 2. Sistem sensor dengan menggunakan parameter kapasitansi dan indeks bias sebaiknya diintegrasikan menggunakan metode Logika Fuzzy sehingga mampu menghasilkan ketelitian yang baik
7
