f5_makalah

Prosiding Simposium Fisika Nasional XXV ISSN 1411-4771

Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 | 381

PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEMPERATUR SECARA WAKTU NYATA PADA PRODUKSI BIOGAS

Abubakar Tuhuloula 1, Iwan Sugriwan2, Slamet Riyadi2, Amar Vijai Nasrulloh 2

1Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 35,8 Kampus Unlam Banjarbaru 70714

Email : [email protected] 2Program 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


382 | Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012

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



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



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].



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].



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. Komponen-

komponen 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.

Gambar 3. Diagram tahapan penelitian

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

Pengujian termometer digital pada tabung reaktor (digester) biogas

Karakterisasi termometer digital

Pembuatan tabung reaktor (digester) biogas

Prosiding Simposium Fisika Nasional XXV

HASIL DAN DISKUSI

Sensor suhu LM35 dikalibrasi dengan cara menghubungkan kaki V

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 d

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 multimete

kalibrasi ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 5. Grafik hasil kalibrasi sensor LM35

Grafik hasil kalibrasi sensor LM35 ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5

menyatakan perbandingan temper

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 penc


Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012

Sensor suhu LM35 dikalibrasi dengan cara menghubungkan kaki V



Sensor dan termometer analog kemudian diletakkan ke dalam steam generator (pemanas)



termometer maka tegangan yang terbaca pada multimeter dicatat. Susunan peralatan untuk

kalibrasi ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Kalibrasi sensor LM35

Gambar 5. Grafik hasil kalibrasi sensor LM35


menyatakan perbandingan temperatur sensor dengan tegangan keluaran sensor menghasilkan



mikrokontroler dan program pencatatan data pada komputer.

ISSN 1411-4771

20 Oktober 2012 | 387

Sensor suhu LM35 dikalibrasi dengan cara menghubungkan kaki VCC dari sensor ke



alam steam generator (pemanas)



r dicatat. Susunan peralatan untuk


atur sensor dengan tegangan keluaran sensor menghasilkan





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:

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.

Mulai

Inisialisasi

Ambil data sensor

Operasikan ADC

Ubah data ADC menjadi tegangan dan temperatur

Tampilkan nilai tegangan dan temperatur

Selesai



Gambar 7. Diagram alir akuisisi data dari mikrokontroler ke PC

Tabel 1. Karakterisasi termometer digital

Nilai temperature Error Akurasi T1 (

oC) T2 (oC) ∆T (oC) ∆T /T1 (%)

20 19.71 -0.29 -1.4 25 25.12 0.12 0.48 30 30.06 0.06 0.20 35 35.51 0.51 1.46 40 40.02 0.02 0.05 45 44.54 -0.46 -1.02 50 50.06 0.06 0.12 55 55.09 0.09 0.16 60 60.99 0.99 1.65 65 65.61 0.61 0.94 70 70.09 0.09 0.13 75 75.03 0.03 0.04 80 80.06 0.06 0.08 85 85.51 0.51 0.60 90 90.61 0.61 0.68 95 95.09 0.09 0.09 Total Error Akurasi (%) 4.20

Rata-rata Error Akurasi (%) 0.26

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



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



Tabel 2. Data hasil pengukuran temperatur biogas

Hari ke - Hari Temperatur ( oC) 1 Minggu 27.05988 2 Senin 26.09204 3 Selasa 26.09204 4 Rabu 26.09204 5 Kamis 26.57596 6 Jumat 27.05988 7 Sabtu 26.09204 8 Minggu 26.09204 9 Senin 27.05988 10 Selasa 26.09204 11 Rabu 27.05988 12 Kamis 27.05988 13 Jumat 28.51164 14 Sabtu 28.51164 15 Minggu 28.51164 16 Senin 27.54380 17 Selasa 28.02772 18 Rabu 28.51164 19 Kamis 28.51164 20 Jumat 28.51164 21 Sabtu 28.51164 22 Minggu 28.51164 23 Senin 27.05988 24 Selasa 27.05988 25 Rabu 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.



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.



9. 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.



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.



PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING KEHILANGAN MASSA PROSES PELAYUAN PADA PENGOLAHAN TEH HITAM

Ade Agung Harnawan1, Iwan Sugriwan1, Oni Soesanto2, Melania Suweni Muntini3

1Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 36 Kampus Unlam Banjarbaru Kalimantan Selatan 70714

Email: [email protected] 2Program Studi Matematika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru

3Jurusan 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.



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].



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



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 :

Gambar 1. Skema blok sistem kehilangan massa teh

CATU DAYA

Sensor Massa CZL601

Penguat Instrumentasi dengan OP-07

Mikrokontroler, ATMega8535

Antarmuka ke LCD

16x2

Antarmuka PC/laptop



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



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 non-

inverting (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



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



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 RS-

232 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:



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



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:

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.

y = 0,000x + 0,201

R² = 1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 1000 2000 3000 4000 5000

Teg

an

gan

(vo

lt)

Massa (gram)



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



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 Pengukuran massa teh II Waktu Massa Teh (gr) Waktu Massa Teh (gr) 12.45 4145 11.00 4545 13.45 3590 12.00 4163 14.45 3400 13.00 3881 15.45 3363 14.00 3545 16.45 3227 15.00 3445 17.45 3045 16.00 3363 18.45 3000 17.00 3227 19.45 2681 18.00 3181 20.45 2636 19.00 3072 21.45 2545 20.00 3000 22.45 2363 21.00 2881 23.45 2272 22.00 2772 00.45 2272 23.00 2681 01.45 2181 24.00 2627 02.45 2095 01.00 2545 03.45 2045 02.00 2472



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.



6. 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



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.



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 masing-masing 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



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)



Gambar 2. Foto alat DTA yang dikembangkan Pusat Penelitian Fisika 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

dudukan 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 adal

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 d

Kadar material standar adalah diatas 99.9%.

ditunjukkan pada Tabel 1.

Suhu titik lebur material standar dilakukan dengan pengukuran DTA dengan

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

Prosiding Simposium Fisika Nasional XXV ISSN

20 Oktober 2012

Gambar 2. Foto alat DTA yang dikembangkan Pusat Penelitian Fisika – LIPI (versi Juli2012)

pemanas (kiri) dan pengontrol serta data logger (kanan)


DTA terdiri dari sistim tungku dan sistim kontrol - data logger. Pada sistim tungku diletakkan

n untuk 1 buah sample dan 1 buah referensi. Sistim tungku dipanaskan dengan



Suhu sampel dan referensi ketika pemanasan, diukur dan direkam menggunakan


referensi merupakan data dari sistim DTA[6].

Tahap awal dari kalibrasi adalah melakukan pengukuran derau dari tungku oleh dan



pengukuran terhadap suhu titik lebur dari material-material terstandar, yaitu: Sn, Zn dan Al.

Kadar material standar adalah diatas 99.9%. Nilai titik lebur masing-


san 2ºC /min. Nilai titik lebur yang diperoleh dari DTA dibandingkan



material standar dengan variasi kecepatan pemanasan 2,5,10ºC/min. Untuk

ISSN 1411-4771

LIPI (versi Juli2012) pemanas (kiri) dan pengontrol serta data logger (kanan)


data logger. Pada sistim tungku diletakkan

n untuk 1 buah sample dan 1 buah referensi. Sistim tungku dipanaskan dengan



Suhu sampel dan referensi ketika pemanasan, diukur dan direkam menggunakan


ah melakukan pengukuran derau dari tungku oleh dan



material terstandar, yaitu: Sn, Zn dan Al.

-masing standar


san 2ºC /min. Nilai titik lebur yang diperoleh dari DTA dibandingkan



material standar dengan variasi kecepatan pemanasan 2,5,10ºC/min. Untuk



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. Sampel Standar Titik Lebur (ºC) 1 Sn 156.4 2 Zn 231.8 3 Al 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.



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.



Tabel 3 menunjukkan perbandingan titik lebur yang terukur dengan teoritis

No. Sampel Standar

Titik Lebur (ºC) Selisih (ºC) Teoritis Terukur

1 Sn 231.8 231.8 0.0 2 Zn 419.5 417.9 -1.6 3 Al 658.5 654.1 -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 pemanasan (ºC/min)

Titik Lebur (ºC) Selisih (ºC)

Akurasi (%)

Komersial (%) * Teoritis Terukur

1 Sn 2 231.8 232.3 0.5 99.8 5 231.8 232.4 0.6 99.7

99.85 5 231.8 232.7 0.9 99.6 10 231.8 232.9 1.1 99.5

99.25 10 231.8 232.5 0.7 99.7 10 231.8 233.2 1.4 99.4

2 Zn 2 419.5 418.9 0.6 99.86 5 419.5 422.4 2.9 99.31 99.62 10 419.5 421.6 2.1 99.50

99.85 10 419.5 420 0.5 99.88 10 419.5 420.3 0.8 99.81

3 Al 2 658.5 656.1 2.4 99.63 5 658.5 662.7 4.2 99.37 99.91 10 658.5 658.8 0.3 99.95

99.77 10 658.5 658.4 0.1 99.98 10 658.5 659.7 1.2 99.82

(*) Alat komersial yang ada di sekitar Puspiptek, Serpong[7].



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.



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



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 masing-

masing 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.



PENENTUAN POLA KLASIFIKASI DAGING BABI DAN DAGING SAPI BERBASIS SENSOR RASA MENGGUNAKAN METODE

PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS (PCA)

Imam Tazi1, Irjan 1, Erna Hastuti1

1Jurusan 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,



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 Sensor Rasa

Menggunakan Metode Principle Component Analysis (PCA)”.



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



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 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


terhadap rasa asam ini ditunjukkan oleh gambar 2 di bawah ini.

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



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


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


terhadap rasa manis ini ditunjukkan oleh gambar 5 di bawah ini.



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.

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

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

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Principle Componen1 = 91,1%

Prin

cipl

e C

ompo

nen2

= 4

,82%

PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS ; DAGING SAPI DAN BABI

Kel.SapiKel.Babi



Nilai Eigen dari PCA Principle

komponen nilai_eigen1 = 3,5081 0,12% Ke-7 nilai_eigen2 = 5,9565 0,21% Ke-6 nilai_eigen3 = 17,2745 0,60% Ke-5 nilai_eigen4 = 25,7504 0,89% Ke-4 nilai_eigen5 = 65,0616 2,26% Ke-3 nilai_eigen6 = 138,7618 4,82% Ke-2 nilai_eigen7 = 2625,1 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



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%.



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.



PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEKANAN PADA PRODUKSI BIOGAS

Iwan Sugriwan1, Ahmad Jauhari Fuadi1, Abubakar Tuhuloula2, Arfan Eko Fahruddin 1

1Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 36 Kampus Unlam Banjarbaru Kalimantan Selatan 70714

Email : [email protected] 2Program 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



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.



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].

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.

4 3 2 1



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.



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



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. OP-

07 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.

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

y = 0,408x + 1,023

R² = 0,992

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0 20 40 60 80 100 120

Te

ga

ng

an

(m

V)

Tekanan (kPa)



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

Gambar 5.

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

y = 0,049x - 0,081

R² = 0,999

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100 120

Te

ga

ng

an

(V

)

Tekanan (kPa)



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.



Tabel 1. Perbandingan tekanan terukur pada manometer analog dengan manometer digital

Tekanan Manometer Analog (kPa) Tekanan Manometer Digital (kPa) 20 18.578 30 29.705 40 39.441 50 49.078 60 59.013 70 67.854 80 79.379 90 89.81 100 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. N. Adrian, 2010. Alat Ukur Tekanan. http://adrian_nur.staff.uns.ac.id



4. 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)



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



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 benda-

benda tersebut mempunyai perbedaan temperatur, yaitu dari temperatur lebih tinggi ke



temperatur yang lebih rendah. Berdasarkan Hukum Fourier, kuantitas perpindahan panas antar

dinding homogen [1] secara konduksi dinyatakan dengan:

= −

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:

= −∆

Apabila diasumsikan Qin = Qkonduksi, maka nilai konduktivitas thermal dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 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).

(1)

(2)

(3)



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



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



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.



• 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.

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

Sampel

Pelat atas

Pelat bawah

Ketel pemanas

Gambar 3. Perangkat alat ukur konduktivitas thermal metode Less

Tali penggantung

Sensor Temperatur T1

Sensor Temperatur T2


MAX 232 dan komputer. Pada gambar

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

menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan, artinya setiap perubahan suhu 1ºC akan m

perubahan tegangan sebesar 10 mV [4] .

dengan 8 channel (hanya digunakan dua channel yaitu channel 2

untuk menerima tegangan dari sensor LM 35. Mikrokontroler ini juga dilengkapi dengan p

USART untuk komunikasi serial dan berkomunikasi dengan komputer.

Rangkaian IC MAX 232 berfungsi untuk merubah level tegangan pada COM 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 ma

232 diperlihatkan pada gambar

Gambar 4.

Gambar 5. Rangkaian minimum sistem mikrokontroler, sensor dan IC max 232.



mputer. Pada gambar 4 ditunjukkan diagram blok alat otomatisasi



Sensor suhu LM 35 sebanyak 2 buah yang berfungsi untuk

menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan, artinya setiap perubahan suhu 1ºC akan m

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 p

USART untuk komunikasi serial dan berkomunikasi dengan komputer.

Rangkaian IC MAX 232 berfungsi untuk merubah level tegangan pada COM menja



Skematik rancangan rangkaian minimum sistem mikrokontroler, sensor dan konverter IC ma

232 diperlihatkan pada gambar 5.

Gambar 4. Diagram blok alat otomatisasi pengukuran temperatur.

Rangkaian minimum sistem mikrokontroler, sensor dan IC max 232.

ISSN 1411-4771

20 Oktober 2012 | 445

ditunjukkan diagram blok alat otomatisasi



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

Mikrokontroler ATMEGA 8535 memiliki ADC 10 bit

dan 3), dimana berfungsi

untuk menerima tegangan dari sensor LM 35. Mikrokontroler ini juga dilengkapi dengan port

Rangkaian IC MAX 232 berfungsi untuk merubah level tegangan pada COM menjadi



Skematik rancangan rangkaian minimum sistem mikrokontroler, sensor dan konverter IC max

Diagram blok alat otomatisasi pengukuran temperatur.

Rangkaian minimum sistem mikrokontroler, sensor dan IC max 232.



Pada gambar 6 diperlihatkan rancangan rangkaian power suply dan pada gambar 7

merupakan flowchart rancangan 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].

Gambar 7. Flowchart program mikrokontoller dan Visual Basic.

Gambar 6. Rancangan rangkaian power suply.



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



30 menit). Setelah suhu ruang tercapai maka tombol simpan ditekan agar data suhu penurunan

tersimpan dalam worksheet excel.


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.

Data ke Pelat Atas, T1 (oC) Pelat Bawah, T2 (

oC) Penurunan T2 (oC)

1 - - - 2 29.8 30.7 42.5 3 29.3 30.3 42.5 4 29.3 30.3 42.0 5 29.8 30.3 42.5 6 29.3 30.3 41.5 7 29.8 30.7 42.5 8 29.3 29.8 42.0 9 29.3 30.3 42.0 10 29.8 30.7 42.0 dst dst dst 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.

T1 = 99.7 oC

T2 = 32.7 oC

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tem

pe

ratu

r (o

C)

Waktu (detik)

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

Tabel 1. Temperatur Kenaikan dan Penurunan T1 dan T2 terhadap waktu (detik).



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

y = -0,005x + 40,77

25

30

35

40

45

0 500 1000 1500 2000

Tem

pe

ratu

r, T

2 (

oC

)

Waktu (detik)

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



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/cara-

kerja-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.



PERANCANGAN SISTEM PENGUKURAN KERATAAN JALAN MENGGUNAKAN MEMS ADXL 330 DAN KARTU DATA AKUISISI

Nursidik Yulianto 1, Suryadi1, Prabowo Puranto1, Hendra Adinanta1, Novianti Lasmaria2

1Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangsel, Banten 15314 2Universitas 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.



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.


Prinsip dasar dari sensor MEMS adalah

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 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 sin

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/outp

-V0



Gambar 1 Struktur MEMS

Prinsip dasar dari sensor MEMS adalah capasitive sensor dimana dengan percepatan



………………………………………………………………………. (1)

nsor kapasitif dari sensor MEMS ditentukan oleh persamaan:

……………………………………………………………………… (2)



Pada penelitian dibutuhkan alat yang dapat mentransformasi sin



memiliki 8 channel analog input dan 12 channel digital input/output.

Gambar 2 DAQ NI 6009

C

1

Motion x K1

Proof

mass

mova

ble

micro

struct

ure K2

Base (substrate) Vv

V

V0

ISSN 1411-4771

20 Oktober 2012 | 453

sensor dimana dengan percepatan



………………………………………………………………………. (1)

nsor kapasitif dari sensor MEMS ditentukan oleh persamaan:

……………………………………………………………………… (2)



Pada penelitian dibutuhkan alat yang dapat mentransformasi sinyal dari sensor ke PC





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.

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 .

Accelerometer

ADXL330 triple axis

DAQ NI USB 6009

PC



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



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.

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.

Gambar 6. Grafik Perubahan Tegangan Terhadap Besar Sudut

pada Sumbu X Accelerometer

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

Accelerometer

Tabel 1. Perubahan Tegangan Keluaran terhadap sudut pada sumbu X

Tabel 2. Perubahan Tegangan Keluaran terhadap sudut pada sumbu Y


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 m

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

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 diruba

Fourier Transform) dengan persamaan:

Dengan persamaan FFT akan diperoleh frekuensi untuk masing

untuk mencari fft complex dan mendapatkan fft magnitude. Hasil berupa

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 .



Pengujian Kerataan Jalan



mobil. Pada saat mobil bergerak miring, accelerometer akan membaca perubahan sudut dan


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 time base kemudian dirubah menjadi domain frekuensi dengan

) dengan persamaan:

……………………………………………………….. (3)

Dengan persamaan FFT akan diperoleh frekuensi untuk masing

untuk mencari fft complex dan mendapatkan fft magnitude. Hasil berupa

digunakan Microsoft excel untuk penyelesain persamaannya.



dan gambar 11 memperlihatkan karakteristik pengukuran jalan

ISSN 1411-4771

20 Oktober 2012 | 457



embaca perubahan sudut dan


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



h menjadi domain frekuensi dengan FFT (Fast

……………………………………………………….. (3)

Dengan persamaan FFT akan diperoleh frekuensi untuk masing-masing tegangan

untuk mencari fft complex dan mendapatkan fft magnitude. Hasil berupa grafik dan



dan gambar 11 memperlihatkan karakteristik pengukuran jalan



Gambar 9. Gafik pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu x

Tabel 3. Data 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

Tabel 5. Data pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu z

Gambar 11. Gafik pengukuran kerataan jalan puspiptek pada sumbu z



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



PERANCANGAN SISTEM INFORMASI RUTE TRANSPORTASI DI JAKARTA MENGGUNAKAN FRAMEWORK CODEIGNITER DAN

GOOGLE MAPS API

Nursidik Yulianto 1* Prabowo Puranto1 Tomi Budi Waluyo 1

1Pusat 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



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.



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 non-

spasial. 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.



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 data-

data, 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:



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.

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

Database Server

Web Server Jaringan Acess

devices



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:

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:

$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);

$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);



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.

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.

Gambar 4 Relasi Antar Tabel

Home

Pencarian rute

Peta geotagging

Hasil Pencarian

rute

Hasil rute peta

Admin

Tambah rute dan Node

Tambah Tayek

Google Map Pencarian Rute

Kendaaran Pribadi

Berita

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

TABLE: CARI

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`)

TABLE: INFO

ÌD` int(11) NOT NULL

AUTO_INCREMENT,

`TR1` char(30) NOT NULL,



…

PRIMARY KEY (ÌD`)

TABLE: TRAYEK



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.

Pada Gambar 6 didapatkan informasi trayek angkutan umum dari database dan rute-

rute 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.

Gambar 5.Tampilan Halaman Muka Sistem informasi

Gambar 7. Tampilan Halaman pencarian rute

mode direction

Gambar 6. Tampilan Halaman pencarian rute

angkutan umum



3. 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.

- www.codeigniter.com

- www.biostall.com



PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING KELEMBABAN DAN TEMPERATUR PADA PROSES PELAYUAN

PENGOLAHAN TEH HITAM

Oni Soesanto1, Iwan Sugriwan2, Ade Agung Harnawan2, Melania Suweni Muntini3

1Program Studi Matematika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru Jalan Ahmad Yani KM 36 Kampus Unlam Banjarbaru Kalimantan Selatan 70714

Email :[email protected] 2Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru

3Jurusan 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



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 sistemmonitoring dan akuisisi data yang



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 dan dapat

menerima data masukan secara real 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,



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 suatu rangkaian alat



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 wire-biderectional[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



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]


Gambar 3. Fungsi dari empat pin SHT11

Mikrokontroller tidak hanya pemberi perintah pengukuran pada sensor SHT11, tetapi

mikrokontroler juga berperan sebagai pemberi sinyal

pengeluaran data perbit, sehingga sensor SHT11 memerlukan dua jalur untuk

mengendalikannya. Pada Gambar 3. terdapat fungsi masing

SHT11[10]

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

Pada sistem atau proses pengambilan data kelembaban dan

menggunakan sistem two wire biderectional

tersebut yang pertama adalah jalur sinyal

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 mikroko

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. P

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 jalu



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


mikrokontroler juga berperan sebagai pemberi sinyal clock yang berfungsi untuk detak dalam


ikannya. Pada Gambar 3. terdapat fungsi masing-masing dari tiap

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

Pada sistem atau proses pengambilan data kelembaban dan temperatur, sensor SHT11

two wire biderectional yakni sistem komunikasi 2 jalur. Dua jalur

tersebut yang pertama adalah jalur sinyal clock yakni jalur komunikasi untuk sinyal dari



sensor SHT11 mengirimkan data ke mikrokontroler yang berasal hasil pengukuran. Jalur data



“00000011” untuk pengukuran temperatur. Proses pertukaran sinyal data dan sinyal

tersebut berlangsung secara bersamaaan dan secara terus menerus [10]

Gambar 4. menerangkan tentang dua sinyal yang berasal dari mikrokontroler

untuk dua jalur dari SHT11 yaitu jalur data dan jalur clock. Dapat dilihat bahwa sinyal yang

ISSN 1411-4771

20 Oktober 2012 | 475

(Innovative Electronics, 2011)


yang berfungsi untuk detak dalam


masing dari tiap-tiap pin sensor

Gambar 4. Timing Diagram dalam komunikasi dua arah yang dilakukan oleh

temperatur, sensor SHT11

yakni sistem komunikasi 2 jalur. Dua jalur

yakni jalur komunikasi untuk sinyal dari



ntroler yang berasal hasil pengukuran. Jalur data



roses pertukaran sinyal data dan sinyal clock

Gambar 4. menerangkan tentang dua sinyal yang berasal dari mikrokontroler

Dapat dilihat bahwa sinyal yang



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 C1 C2 C3

12 bit -4 0,0405 -2,8*106

8 bit -4 0,648 -7,2*104



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

[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

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



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].

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

Mulai

Inisialisasi LCD 16x2

CLEAR LCD

Tampilkan Tulisan

Bawah Tulisan “SHT11”

CLEAR LCD

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

bersamaan

CLEAR LCD

Baris 1 Kolom 2 “Adi dan IKhsan” Baris 2 kolom 4

“Fisika 2009” secara bersamaan

CLEAR LCD

Tampilkan “-“ dan “-“ secara bersamaan

A

A

Geser Kanan

Geser Kanan

CLEAR LCD

Tampilkan Pembacaan “Suhu”

dan”Kelembaban”

Diulang

Selesai

Tampilkan Data “A;suhu;B;C;Kelembaban;

D;” pada komputer

tidak Ya

Kembali



HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

a. Data pengamatan suhu dan kelembaban didalam ruangan.

Gambar 8. Pengukuran suhu dan kelembaban di dalam ruangan

Gambar 9. Grafik Hasil Pengamatan Suhu didalam Ruangan

Grafik 10. Hasil Pengamatan Kelembaban didalam Ruangan

b. Data pengamatan kelembaban yang disemprotkan uap air dengan humidfire.

Gambar 11. Pengukuran suhu dan kelembaban saat disemprotkan uap air

27

27,5

28

28,5

29

0 20 40 60 80 100

Su

hu

(C

elc

ius)

Waktu (Detik)

Data Pengamatan Suhu

70

70,5

71

71,5

72

72,5

73

73,5

74

0 20 40 60 80 100

Ke

lem

ba

ba

n (

RH

)

Waktu (Detik)

Data Pengamatan Kelembaban



Gambar 12. Grafik Pengamatan Suhu yang disemprotkan Uap Air Pada

SHT11

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.

27,8

27,9

28

28,1

28,2

28,3

0 50 100 150

Su

hu

(C

elc

isu

s)

Waktu (Detik)

Data Pengamatan Suhu

85

86

87

88

89

90

91

92

93

0 50 100 150

Ke

lem

ba

ba

n (

%R

H)

Waktu (Detik)

Data Pengamatan Kelembaban



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



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 Parameter ukur

RHR

(%) RHP

(%) RHL

(%) RHKL

(%) TR (0C) TP (

0C) TL (0C) TKL

(0C) 12.45 77.63 80.41 76.16 63.45 25.21 27.57 25.98 27.56 13.45 76.67 79.33 76.35 62.65 25.33 27.62 25.86 27.67 14.45 66.54 66.49 66.76 60.71 26.42 26.38 27.33 27.85 15.45 64.67 62.9 66.32 62.18 25.86 25.04 26.49 27.33 16.45 74.56 79.42 73.45 64.39 24.79 23.91 24.37 26.67 17.45 73,89 78.22 73.17 64.46 23.84 23.84 23.22 26.57 18.45 70.04 74.56 70.81 63.65 23.9 23.87 23.34 26.82 19.45 70.65 74.54 70.95 62.76 22.81 23.8 23.45 26.21 20.45 70.94 76.7 70.63 62.34 22.44 23.74 22.89 25.34 21.45 77.73 82.87 75.43 63.17 21.37 22.54 21.67 25.57 22.45 78.54 84.97 77.62 64.26 20.43 21.16 21.21 25.78 23.45 79.43 84.05 78.49 64.39 19.64 20.88 21.06 25.34 0.45 78.76 83.25 78.61 65.37 19.65 20.98 20.17 25.45 1.45 77.93 79.79 77.07 64.45 19.36 21.65 19.79 24.42 2.45 76.21 78.67 76.89 63.49 18.23 20.65 19.42 24.21 3.45 77.53 82.43 77.17 62.51 18.12 19.77 18.76 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



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, dkk. 2011. Perancangan Sistem Monitoring Kelembaban dan

Temperatur Menggunakan Komunikasi Zigbee 2,4 GHz.

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

tanggal 20 April 2012



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



EFISIENSI LAMPU EMERGENCY DITINJAU DARI KUAT PENERANGAN DAN FLUKS CAHAYA

Suhartono1* dan Titik Utami 2

1, 2Dosen 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



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



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:

t

QI = . . . . . . . . . . . . . . . . (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:

dt

dQI = . . . . . . . . . . . . . . . . (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 :

tIVW = . . . . . . . . . (Soetarmo, 1985).

Selain itu energi listrik juga dirumuskan:

tRIW 2= atau tR

VW

2

= (Soetarmo, 1985)

Daya listrik yaitu besarnya energi listrik yang digunakan tiap satuan waktu dan juga

disebut cepat perubahan energi, dirumuskan:

t

WP = . . . . . . . . . . . . . (Soetarmo, 1985).

Daya listrik juga dirumuskan dalam bentuk:



R

VP

2

= . . . . . . . . . . . . . . . (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

dw

dFI = . . . . . . . . . . (Sears F.W., 1979).

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

dirumuskan:

dA

dFE = atau

A

FE = . . . (Sears F.W., 1979).

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

penerangan dirumuskan:

2R

IE = . . . . . . . . . . . (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:

oP

F=σ . . . . . . . . . . . . . (Sears F.W., 1979)



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 masing-

masing 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)



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 masing-

masing 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.


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

No t (jam)

CMOS (30 LED) XRB (40 LED)

N2010 (33 LED)

SURYA (36 LED)

E (Lux)

F (Lumen)

E (Lux)

F (Lumen)

E (Lux)

F (Lumen)

E (Lux)

F (Lumen)

1 0.00 20 251.2 99 1243.4 180 2260.8 58 728.5 2 1.00 18 226.1 49 615.4 147 1846.3 49 615.4 3 2.00 17 213.5 20 251.2 87 1092.7 29 364.2 4 3.00 15 188.4 11 138.2 28 351.7 6 75.4 5 4.00 6 75.4 8 100.5 12 150.7 3 37.7 6 5.00 3 37.7 5 62.8 3 37.7 2 25.1

E = kuat penerangan (Lux) F = Fluks cahaya (Lumen)

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.



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

No t

(jam)

CMOS XRB N2010 SURYA E

(Lux) E'

(%) E

(Lux) E'

(%) E

(Lux) E'

(%) E

(Lux) E'

(%) 1 0.00 20 100.0 99 100.0 180 100.0 58 100.0 2 1.00 18 90.0 49 49.5 147 81.7 49 84.5 3 2.00 17 85.0 20 20.2 87 48.3 29 50.0 4 3.00 15 75.0 11 11.1 28 15.6 6 10.3 5 4.00 6 30.0 8 8.1 12 6.7 3 5.2 6 5.00 3 15.0 5 5.1 3 1.7 2 3.4 E = kuat penerangan (Lux) 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


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


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



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. Addison-

Wesley Publising Company, Inc. 1979.



Soedojo, Peter. Fisika Dasar. Yogyakarta. Andi. 2000.

Soetarmo. Fisika Program Inti 1B. Surakarta. Widya Duta. 1985.

LAMPIRAN

Data Lampu Emergency

Tabel-A. Kuat Penerangan Lampu Diukur Emergency Pada Jarak R = 1 meter NAMA LAMPU

No t

(jam)

CMOS (30 LED) XRB (40 LED) N2010 (33 LED) SURYA (36 LED)

E (Lux)

F (Lumen)

E (Lux)

F (Lumen)

E (Lux)

F (Lumen)

E (Lux)

F (Lumen)

1 0.00 20 251.2 99 1243.4 180 2260.8 58 728.5 2 0.25 20 251.2 86 1080.2 176 2210.6 56 703.4 3 0.50 19 238.6 77 967.1 176 2210.6 56 703.4 4 0.75 18 226.1 61 766.2 169 2122.6 54 678.2 5 1.00 18 226.1 49 615.4 147 1846.3 49 615.4 6 1.25 18 226.1 41 515.0 130 1632.8 45 565.2 7 1.50 18 226.1 37 464.7 123 1544.9 43 540.1 8 1.75 17 213.5 26 326.6 114 1431.8 37 464.7 9 2.00 17 213.5 20 251.2 87 1092.7 29 364.2 10 2.25 17 213.5 18 226.1 56 703.4 19 238.6 11 2.50 17 213.5 16 201.0 42 527.5 11 138.2 12 2.75 17 213.5 13 163.3 34 427.0 8 100.5 13 3.00 15 188.4 11 138.2 28 351.7 6 75.4 14 3.25 12 150.7 10 125.6 23 288.9 4 50.2 15 3.50 9 113.0 9 113.0 20 251.2 4 50.2 16 3.75 7 87.9 8 100.5 16 201.0 3 37.7 17 4.00 6 75.4 8 100.5 12 150.7 3 37.7 18 4.25 5 62.8 7 87.9 10 125.6 3 37.7 19 4.50 5 62.8 7 87.9 10 125.6 2 25.1 20 4.75 3 37.7 5 62.8 5 62.8 2 25.1 21 5.00 3 37.7 5 62.8 3 37.7 2 25.1

E = kuat penerangan (Lux) F = Fluks cahaya (Lumen)



(POSTER) PERANCANGAN DAN KONSTRUKSI UNIT PENGOLAHAN AIR

KOTOR DI UPT BALAI KONSERVASI BIOTA LAUT - LIPI, A MBON

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



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 .



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.

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).

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



vAQ ×=

1)

µρ dv××=Re

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].

µρρ

××−×

=18

)( 2ps dg

v 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].

Lg

PKv

×××=

ρ 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,



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.

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

air di dalam sistem diperlihatkan pada gambar 2.

91,245

83,022

72,958

54,371

44,934

36,39731,245

10,610

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Silica sand Manganese

greensand

Karbon aktif Sedimen Filter

(5 mikron)

Sedimen Filter

(1 mikron)

Sedimen Filter

(0,1 mikron)

Ultra filtrasi Reverse

osmosis

De

bit

Ali

ran

(li

ter/

me

nit

)

Media Filter

Media Filter Kecepatan, v (m/s) Angka Reynolds,Re Pasir silika 0.030 8534.38

Manganese greensand 0.027 7765.26 Karbon aktif 0.024 6823.96

Sedimen Filter (5 mikron) 0.018 5085.43 Sedimen Filter (1 mikron) 0.015 4202.84

Sedimen Filter (0,1 mikron) 0.012 3404.30 Ultra filtrasi 0.066 18854.53

Reverse osmosis 0.023 6402.32

Tabel 1. Hasil perhitungan kecepatan aliran dan angka Reynolds pada unit pengolahan air kotor menjadi air bersih dan air minum

Gambar 2. Debit aliran pada unit pengolahan air



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.



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) 48-

54.

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.

f5_makalah

Documents