1

Abstrak—Alkohol merupakan larutan yang umum dimanfaatkan

dalam bidang medis dan farmasi. Hal tersebut disebabkan oleh

sifatnya yang tidak berbahaya bagi manusia dan dapat

dimanfaatkan sebagai pelarut umum senyawa kimia. Etanol

digunakan berdasarkan tingkat kadar. Senyawa ini memiliki

karakter anomali penguapan molekul pada tingkat suhu (flash

point) yang ditentukan menurut kadarnya. Penguapan molekul

etanol akan menurunkan kadar demikian fungsionalitas larutan.

Dalam penelitian ini, telah dilakukan perancangan alat

pengontrol kadar etanol dalam pelarut aquades. Nilai kadar

etanol teridentifikasi dari frekuensi osilator gelombang kotak

dengan sensor kapasitif silinder berbahan aluminium. Frekuensi

osilator diumpankan menuju mikrokontroler, sebagai kontroler

PID digital, sehingga dihasilkan output kontrol yang

diaktualisasikan dalam dua pompa peristaltik yang memompa

etanol absolut(96%) dan aquades ke dalam tabung reaktor.

Magnetic stirrer digunakan untuk mengkatalisis homogenisasi

larutan. Dari hasil pengujian alat diketahui bahwa sensor

kapasitif dan osilator mampu mengidentifikasi pelbagai kadar

etanol dengan rentang frekuensi 135kHz – 205kHz untuk pelarut

aquades serta kontroler mampu menjaga kadar etanol pada set

point 0%-50% dengan tingkat akurasi mulai dari 90%. Kontroler

memanfaatkan PID digital dengan konstanta proporsional,

integral dan derivatif berturut-turut 7,42, 0,45 dan 0,55 untuk

pompa etanol; 5,63, 0,17 dan 1,45 untuk pompa aquades. Nilai

total dissolved substance (TDS) aquades mempengaruhi

kapasitansi sensor dengan rasio 12kHz setiap 1 ppm.

Kata Kunci—Etanol, Kontrol Kadar, PID digital, Sensor Kapasitif

I. PENDAHULUAN

ensor kapasitif memiliki kemampuan untuk membedakan

senyawa tertentu melalui nilai konstanta dielektriknya.

Teknik ini memanfaatkan senyawa uji sebagai bahan dielektrik

dengan konduktivitas rendah untuk menciptakan medan listrik

diantara kedua lempeng konduktif penyusunnya[1]. Etanol

merupakan senyawa organik bersifat asam lemah dengan

konduktivitas rendah (1,35x10-9

S/cm)[2]. Senyawa ini

memiliki anomali penguapan molekul menurut kadarnya yang

berbanding terbalik dengan suhu flash point[3][4][5]. Etanol

dimanfaatkan menurut tingkat kadarnya, sehingga penurunan

kadar akan mengurangi fungsionalitas larutan[5].

Sistem kontrol kadar etanol dirancang untuk dapat

mengidentifikasi kadar etanol rendah (0%Et-50%Et) dengan

resolusi sebesar 0,01%Et melalui sensor kapasitif silinder

berbahan aluminium. Keuntungan dari penggunaan sistem ini

adalah dapat mensintesis larutan etanol dan menjaga kadarnya

dalam pelarut aquades secara real-time melalui kontroler PID

pada dua pompa peristaltik.

II. URAIAN PENELITIAN

A. Etanol

Etanol merupakan senyawa organik dengan gugus

fungsional berupa deretan hidroksil yang terikat dengan satu

atom karbon dan membentuk pola hibridisasi sp3[2]. Sebagai

sebuah senyawa kimia etanol memiliki karakteristik fisis dan

kimia antara lain:

mudah menguap diatas suhu flash point [4],

konduktivitas rendah (1,35×10-9

S/cm),

asam lemah (pH 6,5 pada 96% etanol),

larut dalam air pada pelbagai tingkat kadar, eksotermik

dan higroskopis.

Pencampuran etanol absolut dan air tidak menyebabkan

reaksi kimia. Namun keberadaan ion hidroksil dalam

molekulnya menyebabkan etanol dapat mengalami reaksi

ionisasi yang ditunjukkan dengan persamaan berikut[6]:

Ch3CH2OH+H2O CH3CH2O-+H3O

+

Munculnya ion H3O+ dapat meningkatkan pH larutan walaupun

dalam nilai yang relatif rendah.

Etanol termasuk sebagai bahan dielektrik karena

konduktivitasnya yang rendah. Adapun konstanta dielektrik

relatif (εr) senyawa ini adalah 24,3 (ε0=8,85×10-12

F/m)[8] [10].

B. Sensor Kapasitif

Sensor kapasitif dapat dipahami sebagai dua buah lempeng

berbahan konduktif yang terpasang paralel dengan jarak rongga

yang terisi materi dielektrik[7]. Berikut ini merupakan

pemodelan matematisnya:

𝐶 =𝜀. 𝐴

𝑑

dimana, ε = konstanta dielektrik (C/V.m)

A = luas permukaan lempeng konduktif (m2)

d = jarak antar lempeng konduktif (m)

Sensor kapasitif silinder (gambar 1) merupakan

pengembangan konstruksi dari persamaan 1. Untuk dapat

mengetahui besar muatan yang dimiliki oleh tiap area pada

batang konduktif, digunakan persamaan berikut ini[1]:

𝑄 = 𝜆. 𝐿

dimana, Q = besar muatan pada tiap area konduktor (C)

λ = besar muatan tiap satuan panjang (C/m)

L = panjang batang konduktor (m)

Muatan yang muncul diantara kedua batang konduktor

memunculkan medan listrik dengan persamaan berikut ini:

𝐸 =𝜆

𝜀. 2. 𝜋. 𝑟

dimana, r = jarak antar permukaan batang (m)

Implementasi Sensor Kapasitif dalam Sistem

Kontrol Kadar Etanol Peter Chondro, Muhammad Rivai, Suwito

Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

e-mail: muhammad_rivai@ee.its.ac.id

S (1)

(2)

(3)

2

Gambar 1. Desain 3 Dimensi Sensor

Beda potensial antar batang pada kapasitor merupakan negatif

penjumlahan dari medan listrik diantara luasan selimut batang

silinder yang berhadapan[1]. Diasumsikan bahwa a adalah

radius batang tengah (m) dan b adalah radius dalam batang luar

(m) maka,

𝑉 𝑟 = − 𝜆

𝜀. 2.𝜋. 𝑟.𝑑𝑟

𝑟

𝑎

𝑉 𝑟 = −𝜆

𝜀. 2𝜋𝑙𝑛

𝑟

𝑎

Diketahui bahwa potensial dari konduktor tengah lebih

positif dari pada konduktor luar silinder [1] maka,

𝑉 = −𝜆

𝜀. 2𝜋𝑙𝑛

𝑎

𝑎 − −

𝜆

𝜀. 2𝜋𝑙𝑛

𝑏

𝑎

Karena 𝑙𝑛𝑎

𝑎= 0, 𝑄 = 𝜆. 𝐿 dan 𝑄 = 𝐶. 𝑉 maka,

𝐶 =𝜀. 2𝜋𝐿

𝑙𝑛𝑏

𝑎

Dengan mengacu pada persamaan 4, dilakukan

perancangan sensor, yang memiliki dimensi seperti pada

gambar 1, dengan persamaan matematis sebagai berikut:

𝐶𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 (𝑝𝐹) = 29,1503. 𝜀𝑟

Dimensi dari rongga antara silinder luar dan dalam

dirancang relatif besar agar saat terjadi reaksi ionisasi antara air

(H2O) dan etanol (C2H5OH), ion H+ yang muncul tidak

menimbulkan short circuit diantara kedua silinder konduktif.

Rancangan ini menimbulkan konsekuensi penggunaan rentang

kapasitansi orde pF-nF[9].

Silinder konduktif yang digunakan dalam perancangan

memanfaatkan bahan aluminium tanpa campuran dan coating.

Penggunaan bahan ini didasarkan atas beberapa pertimbangan

antara lain:

konduktivitas listrik relatif tinggi (3,5x107S/m),

tingkat korosi rendah,

bersifat paramagnetik,

dan tidak berbahaya bagi manusia.

C. IC Timer 555 [11]

Untik mengakuisisi sensor kapasitif dibutuhkan sebuah

osilator salah satunya adalah astable multivibrator 555. Berikut

ini merupakan hubungan antara Ra dan Rb (Gambar 2) terhadap

durasi pulsa high(th) dan low(tl):

𝑡ℎ = 0,693. 𝑅𝑎+𝑅𝑏 . 𝐶

𝑡𝑙 = 0,693. 𝑅𝑏 .𝐶

Kedua persamaan tersebut dapat digunakan untuk mencari duty

cycle dari gelombang keluaran osilator sebagai berikut:

𝑑𝑢𝑡𝑦 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒 % =𝑅𝑏

𝑅𝑎 + 𝑅𝑏

Gambar 2. Skematika Rangkaian Astable Multivibrator NE555[11]

Karena 𝑇 = 𝑡ℎ + 𝑡𝑙 maka,

𝑓𝑜𝑠𝑐 𝐻𝑧 =1,44

𝑅𝑎 +2𝑅𝑏 .𝐶

Nilai C pada persamaan 7 merupakan kapasitansi sensor yang

menjadi variabel terukur dari sistem, fosc max 500kHz [12].

D. Sistem Mikrokontroler ATmega16 [14]

ATmega16 merupakan mikrokontroler 8-bit dengan

memori flash sebesar 16KB. Mikrokontroler ini tersusun atas

transistor CMOS sehingga memiliki kecepatan eksekusi

instruksi program setiap clock yang relatif tinggi dengan

konsumsi daya yang rendah.

Adapun pelbagai fitur ATmega16 yang digunakan dalam

perancangan alat antara lain timer interrupt, interrupt eksternal,

kanal PWM (pulse width modulation) dan komunikasi serial

(USART).

E. Kontroler PID

Kontroler PID (Proportional – Integral – Derivatif)

memiliki kemampuan untuk memperbaiki respon plant dengan

menggunakan umpan balik (feedback) sehingga menghasilkan

sistem kontrol yang tertutup (closed loop). Kontroler ini terdiri

atas tiga buah komponen antara lain:

1. Kontroler Proposional

Kontroler ini memberikan pengaruh langsung pada error,

dapat mempengaruhi kestabilan, memperbaiki respon

transien dan mengurangi error steady state.

2. Kontroler Integral

Kontroler ini menghasilkan sinyal kontrol yang berubah

sebanding dengan perubahan besar error, dapat

menghilangkan error steady state, memperburuk respon

transien dan mengurangi kestabilan.

3. Kontroler Derivatif

Kontroler ini menghasilkan sinyal kontrol yang semakin

besar dengan perubahan error yang semakin cepat,

mengurangi error steady state dan memperbaiki respon

transien.

Konstanta setiap kontroler diatas dapat ditentukan melalui

metode tuning ziegler nichols 1. Metode ini memanfaatkan

grafik respon plant dan mencari delay (L) dan rise time (T). Tabel 1.

Tuning PID – Ziegler Nichols 1[15]

Tipe Kontroler Kp Ki Kd

P 𝑇

𝐿 0 0

PI 0,9𝑇

𝐿

𝐿

0,3 0

PID 1,2𝑇

𝐿

1

2𝐿 0,5𝐿

(4)

(6)

(7)

(5)

3

Gambar 3.Diagram Blok Sistem Kontrol Kadar Etanol

F. Pompa Peristaltik

Pompa peristaltik merupakan aktuator pendistribusi fluida

dengan mengadaptasi prinsip kerja tenggorokan pada manusia.

Pompa peristaltik disusun dengan penggerak motor yang

dikopel dengan beberapa roller yang menekan pipa terhadap

dinding roller[13].

Debit dari pompa peristaltik dapat diatur berdasarkan

kecepatan putar dari motor, sehingga kontroler PID dapat

menggunakan sinyal PWM untuk mengubah besar debit pompa

sesuai dengan error plant saat itu.

G. Perancangan Sistem Elektronika

Aquades dimasukkan ke dalam reaktor untuk memulai

proses kalibrasi sensor terhadap nilai TDSnya. Setelah proses

kalibrasi selesai, user memasukkan set point ke dalam

mikrokontroler dalam satuan kadar etanol (%). Mikrokontroler

kemudian mencacah frekuensi gelombang osilator yang

didasarkan pada nilai kapasitansi dari sensor yang terendam

dalam reaktor.

Hasil pencacahan frekuensi dimasukkan dalam algoritma

konversi f to %Et yang diperoleh dari persamaan matematis

data karakterisasi sensor terhadap larutan etanol pelbagai

konsentrasi. Selisih antara set point dan hasil bacaan sensor,

yang disebut sebagai error, dimasukkan ke dalam algortima

PID. Sinyal kontrol kemudian dikirimkan ke salah satu aktuator

berupa pompa peristaltik untuk menambah etanol absolut atau

aquades menuju reaktor. Magnetic Stirrer ditambahkan untuk

mengkatalisis pencampuran etanol dan air.

H. Perancangan Perangkat Lunak

Dalam perancangan alat, dibutuhkan adanya algortima

untuk mengakusisi sensor kapasitif dan kontrol untuk

mengkompensasi galat akibat selisih antara sensor dan set

point. Adapun jenis kontroler yang digunakan adalah PID

digital dengan nilai error yang diperoleh dari selisih antara set

point dan sensor. Jika error mengindikasikan kekurangan

etanol maka PID 1 akan dioperasikan demikian seterusnya.

Keluaran kontroler PID akan dimasukkan dalam akuator

dengan memanfaatkan metode PWM.

Gambar 4. Diagram Blok Algoritma Kontrol PID

III. HASIL DAN ANALISIS

A. Pengujian Sensor Kapasitif

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk dapat mengetahui

konsistensi pembacaan oleh sensor terhadap beberapa sampel.

Berdasarkan hasil pengujian sensor pada tabel 2 terlihat

bahwa sensor secara konsisten menghasilkan data hampir

dengan selisih yang relatif rendah selama lima kali percobaan

setiap sampel. Jika diamati pula rerata kapasitansi total

terhadap rerata kapasitansi setiap sampel didapatkan selisih

hingga 1,5nF atau 2,77% dari rerata total. Kondisi yang serupa

juga ditemukan pada tabel 3 dan tabel 4. Tabel 2.

Nilai Sensor dengan Sampel Air Mineral Aquase

Sampel Percobaan Ke- Csensor (nF) Mean Csensor (nF)

Sampel 1

1 57,56

58,112

2 58,29

3 58,16

4 58,21

5 58,34

Sampel 2

1 55,56

56,086

2 56,43

3 56,44

4 56,17

5 55,83

Sampel 3

1 57,32

57,054

2 56,67

3 56,72

4 57,16

5 57,40

Sampel 4

1 58,48

58,974

2 59,14

3 59,21

4 58,66

5 59,38

Sampel 5

1 58,63

58,216

2 58,32

3 58,45

4 57,98

5 57,70

Rerata Kapasitansi Percobaan (nF) 57,684

Tabel 3.

Nilai Sensor dengan Sampel Air Mineral Flow

Sampel Percobaan Ke- Csensor (nF) Mean Csensor(nF)

Sampel 1

1 67,01

66,714

2 66,77

3 66,76

4 66,49

5 66,54

Sampel 2

1 65,06

65,284

2 65,50

3 65,33

4 65,21

5 65,32

Sampel 3

1 66,25

66,024

2 66,20

3 65,84

4 66,11

5 65,72

Sampel 4

1 65,64

65,926

2 65,66

3 66,13

4 66,11

5 66,09

Sampel 5

1 66,22

65,956

2 65,87

3 65,86

4 66,04

5 65,79

Rerata Kapasitansi Percobaan (nF) 65,981

4

Tabel 4.

Nilai Sensor dengan Sampel Aquades

Sampel Percobaan Ke- Csensor(nF) Mean Csensor(nF)

Sampel 1

1 3,221

3,204

2 3,221

3 3,186

4 3,200

5 3,194

Sampel 2

1 2,334

2,458 2 2,355

3 2,419

4 2,602

5 2,580

Sampel 3

1 2,340

2,249

2 2,334

3 2,253

4 2,111

5 2,205

Sampel 4

1 2,437

2,375 2 2,333

3 2,330

4 2,422

5 2,355

Sampel 5

1 2,420

2,400

2 2,422

3 2,370

4 2,411

5 2,377

Rerata Kapasitansi Percobaan (nF) 2,537

Tabel 5. Nilai Sensor dengan Sampel Etanol Absolut

Sampel Sampel Ke- Csensor(nF) Mean Csensor(nF)

Sampel 1

1 0,730

0,696 2 0,692

3 0,681

4 0,688

5 0,690

Dengan membandingkan rerata kapasitansi total pada

tabel 2 dan tabel 3, diperoleh selisih sebesar 8,297nF. Selisih ini

meningkat ketika dibandingkan rerata kapasitansi total pada

tabel 2 dan tabel 3 terhadap tabel 4, berturut-turut diperoleh

selisih sebesar 55,147nF dan 63,444nF. Perbedaan selisih ini

dipahami sebagai pengaruh total dissolved substance (TDS)

berupa mineral pada sampel pada tabel 2 dan tabel 3 sedangkan

aquades memiliki nilai TDS mendekati 0.

Dari data pengujian pada tabel 5, diketahui pula bahwa

sensor memiliki konsistensi nilai dengan sampel uji etanol

absolut (96%), dibuktikan dengan selisih nilai kapasitansi

setiap sampel terhadap reratanya yang rendah hingga 0,034nF.

Untuk mengetahui tingkat akurasi dari sensor, diketahui

pada tabel 4 bahwa Caquades=2,537nF, berdasarkan persamaan 5

diperoleh:

𝜀𝑟 =2,537 × 10−9

29,1503 × 10−12= 87,032

Diketahui dari tabel 5 bahwa Cetanol=0,699nF, berdasarkan

persamaan 5 diperoleh,

𝜀𝑟 =0,696 × 10−9

29,1503 × 10−12= 23,876

Jika dibandingkan εr air dan etanol secara teoritis berturut

turut 80,4 dan 24,3[8][10]; εr dari hasil perhitungan data dengan

Tabel 6.

Data Hasil Pembacaan Frekuensi Osilator oleh ATmega16

Sampel Frekuensi Terukur

Osiloskop (Hz) Frekuensi Terukur

ATmega16 (Hz) Galat (Hz)

Udara

458701 458702 1 459224 459225 1 459174 459175 1 458855 458856 1 459230 459230 0

Aquades 1

113777 113778 1 114101 114102 1 114340 113340 0 113800 113800 0 113980 113980 0

Aquades 2

86400 86400 0 85992 85992 0 86501 86500 1 86388 86389 1 86240 86240 0

jenis sampel yang bersesuaian, memiliki selisih yang relatif

rendah..

Berikut ini merupakan nilai selisih rerata kapasitansi total

tabel 2, tabel 3 dan tabel 4 terhadap tabel 5 berturut-turut:

56,988nF, 65,285nF dan 1,841nF. Ketiga nilai selisih tersebut

menunjukkan bahwa sensor mampu membedakan jenis larutan

antara air (air mineral dan aquades) dan etanol absolut.

B. Pengujian Algortima Pencacah Frekuensi

Pada pengujian sensor sebelumnya, akuisisi kapasitansi

dilakukan menggunakan LCRmeter; dalam sistem kontrol ini

memanfaatkan hasil cacahan frekuensi oleh ATmega16 dari

gelombang keluaran osilator sensor.

Berdasarkan data perbandingan hasil pencacahan

frekuensi oleh osiloskop dan algoritma dalam ATmega16

diperoleh error (galat) maksimum sebesar 1Hz. Relatif

rendahnya tingkat error menunjukkan ATmega16 memiliki

kemampuan pencacahan frekuensi cukup baik karena

didukung oleh penggunaan duty cycle gelombang osilator

sebesar 33,3%.

𝑑𝑢𝑡𝑦 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒 =10𝑘

10𝑘 + 2.10𝑘% = 33,3%

C. Pengaruh TDS Larutan Terhadap Sensor Kapasitif

Berdasarkan tabel 7 dapat dianalisis sebagai perubahan

frekuensi osilator akibat perubahan nilai TDS (total dissolved

substance) yang terdapat dalam sampel aquades uji dengan

hubungan terbalik.

Tabel 7.

Data Perbandingan Frekuensi Osilator Terhadap Nilai TDS Aquades

No TDS (ppm) Frekuensi (kHz) ΔTDS (ppm)

Δf (kHz) 1 0,42 134,615

2 0,49 133,705 0,07 -0,910

3 0,59 132,336 0,10 -1.369

4 0,70 131,039 0,11 -1,297

5 0,71 130,879 0,01 -0,660

6 0,81 129,658 0,10 -1,221

7 0,90 128,137 0,09 -1,121

8 2,45 108,421 1,55 -19,716

9 2,51 107,583 0,06 -0,838

10 2,55 107,081 0,04 -0,502

11 3,15 106,247 0,06 -0,834

12 5,13 81,437 1,98 -24,810

13 5,14 81,283 0,01 -0,154

14 5,15 81,123 0,01 -0,160

15 5,15 81,117 0 -0,006

5

Tabel 8.

Data Perbandingan Frekuensi Osilator Terhadap Nilai TDS Etanol

Jenis Sampel TDS Larutan (ppm)

Aquades 0,4 10% Etanol 0,4 20% Etanol 0,4 30% Etanol 0,4 40% Etanol 0,42 50% Etanol 0,42 60% Etanol 0,42 70% Etanol 0,43 80% Etanol 0,43 90% Etanol 0,43

Hubungan tersebut dapat dimodelkan secara matematis

dimana:

𝑡𝑑𝑠 =𝑓𝑜𝑠𝑐 − 135600

12000+ 0,4

Nilai135600 merupakan representasi frekuensi osilator dengan

sampel uji aquades TDS 0,4ppm. Nilai 12000 diperoleh sebagai

selisih penurunan frekuensi 1200Hz setiap kenaikan TDS

sebesar 0,1ppm (tabel 7).

Tabel 8 menunjukkan bahwa penambahan etanol absolut

dalam aquades tidak meningkatkan nilai TDS larutan secara

siginifikan sehingga perubahan frekuensi disebabkan hanya

karena penambahan etanol absolut.

D. Karakterisasi Sensor Terhadap Konsentrasi Etanol

Gambar 5. Grafik Karakterisasi Sensor Terhadap Konsentrasi Etanol

%𝐸𝑡 = 5,674327 × 103 − 2,033161 × 10−1 × 𝑓𝑜𝑠𝑐

+2.792765 × 10−6 × 𝑓𝑜𝑠𝑐2 − 1.866451 × 10−11 × 𝑓𝑜𝑠𝑐

3

+6.124657 × 10−17 × 𝑓𝑜𝑠𝑐4 − 7.910844 × 10−23 × 𝑓𝑜𝑠𝑐

5

Gambar 6.Respon Plant – 0%-10%

Tabel 9.

Pemodelan Kontroler Pompa Etanol

Jenis Kontroler Kp Ki Kd

P 6,182 0 0

PID 7,418 0,455 0,550

Gambar 7. Respon Plant – 20%-10%

Tabel 10.

Pemodelan Kontroler Pompa Aquades

Jenis Kontroler Kp Ki Kd

P 4,689 0 0

PID 5,628 0,172 1,450

E. Tuning PID

Nilai delay time dan time constant yang diperoleh dari

respon plant pada gambar 6 dan gambar 7, dimasukkan dalam

persamaan pada tabel 1. Hasil dari perhitungan menjadi

pemodelan dua jenis kontroler, yakni P dan PID untuk dua

aktuator, yang ditampilkan pada tabel 9 dan 10.

Melalui pengamatan hasil respon kontroler P dan PID

berturut-turut memiliki rise time 12s dan 10,2s; sehingga jenis

kontroler yang memiliki respon lebih baik adalah PID.

Tabel 11.

Respon Plant Sistem Kontrol Kadar Etanol (1)

Set point (%)

Konsentrasi Terukur (%)

Error (%) Rise Time

(s) Settling Time (s)

10 10 0 38 67 10 0 35 62 10 0 37 65

20 20 0 71 137 20 0 75 141 20 0 68 133

30 30 0 126 238 29 3,33 113 221 30 0 132 240

40 40 0 178 421 40 0 181 422 42 5 194 439

Tabel 12.

Respon Plant Sistem Kontrol Kadar Etanol (2) Set point

(%) Konsentrasi Terukur (%)

Error (%) Rise Time

(s) Settling Time (s)

10 9 10 24 45 20 18 10 41,5 59 30 28 6,67 42 72 40 37,5 6,25 66 109 50 47 6 104 135 10 10 0 36 62 20 20 0 41 59 30 28 6,67 49,5 76 40 38 5 69 115 50 47 6 112 143 10 10 0 36 60 20 20 0 45 59 30 29,5 1,67 48 71 40 38 5 67 112 50 48 4 108 136

6

Tabel 13.

Data Respon Sistem Akibat Gangguan

Gangguan Konsentrasi Terukur (%) Error (%)

50 ml Aquades 9 10

150 ml Aquades 10 0

300 ml Aquades 10 0

Gambar 8. Respon Sistem dengan Gangguan 150ml Aquades

F. Pengujian Sistem Kontrol Kadar Etanol

Hasil pengujian sistem kontrol pada tabel 11

menunjukkan bahwa capaian respon sistem semakin menurun

seiring dengan bertambah tingginya set point yang dituju.

Walaupun demikian dari 12 kali percobaan sistem memiliki

error relatif rendah hingga 5%. Data respon yang identik

ditunjukkan oleh tabel 12, namun pengujian dengan

pengubahan set point menambah tingkat error sistem hingga

mencapai angka 10%.

Data pada tabel 13 menunjukkan kemampuan sistem

kontrol dalam menangani gangguan yang diberikan ke dalam

plant untuk mensimulasikan terjadinya pengurangan kadar

akibat penguapan etanol dari larutan aquades. Dari data

tersebut diketahui bahwa error relatif rendah hingga mencapai

angka 10%.

G. Pengaruh pH Larutan Terhadap Sensor Kapasitif

Menurut data pada tabel 14, penurunan pH diluar kondisi

normalnya mengindikasikan terjadinya reaksi ionisasi dengn

jumlah yang tidak wajar. Hal ini dapat diindikasikan dengan

penurunan atau peningkatan pH larutan seperti yang ditemui

pada tabel 14 dengan set point 10% saat percobaan ketiga.

Perubahan pH ini mengakibatkan error pembacaan oleh sensor.

Dari data tabel 14 juga diketahui bahwa penurunan pH

akan menyebabkan peningkatan konduktivitas hal ini dapat

diamati dari setiap percobaan pada satu set point.

Tabel 14.

pH dan Konduktivitas Larutan Etanol dari Sistem Kontrol

Set point (%)

Konsentrasi Terukur (%)

Error (%)

pH [H+] Konduktivitas

(uS)

10 10 0 6,96 10-6,96 3,472

10 0 6,96 10-6,96 3,484 9 10 6,89 10-6,89 3,484

20 20 0 6,91 10-6,93 3,355

21 5 6,95 10-6,95 3,333 20 0 6,9 10-6,90 3,367

30 30 0 6,87 10-6,87 3,164

30 0 6,88 10-6,88 3,164 30 0 6,86 10-6,86 3,164

40 40 0 6,65 10-6,65 2,777

41 5 6,72 10-6,72 2,762 40 0 6,63 10-6,63 2,777

IV. KESIMPULAN

Berdasarkan pengujian dan analisis data dari alat pada

penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan antara

lain sensor kapasitif yang telah dirancang mampu

menghasilkan nilai kapasitansi yang berbeda untuk sampel

larutan yang berbeda sebagai fungsi konstanta dielektrik

relatif (εr).

Peningkatan nilai TDS (total dissolved substance)

aquades sebagai pelarut menyebabkan penurunan frekuensi

osilator sensor sebesar 1200Hz pada ΔTDS sebesar 0,1ppm.

Namun penambahan etanol absolut pada aquades tidak

menaikkan TDS larutan secara signifikan karena tidak

terjadi penambahan mineral atau senyawa logam.

Algoritma pencacah frekuensi yang dirancang mampu

mendeteksi perubahan frekuensi sebesar 1Hz dengan error

maksimum 0,6%. Konstanta PID berdasarkan Ziegler

Nichols 1 untuk pompa etanol adalah 7,4(Kp), 0,45(Ki) dan

0,55(Kd); untuk pompa aquades adalah 5,63(Kp), 0,17(Ki)

dan 1,45(Kd). Secara keseluruhan, sistem kontrol yang

dirancang mampu menghasilkan dan menjaga konsentrasi

larutan etanol dengan error hingga 10% pada tingkat

konsentrasi uji 0%-50%.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Anonim, “Cylindrical Capacitor”, <URL:http://www.phys.uri.

edu/~gerhard?PHY204/tsl105.pdf>, 23 April 2014.

[2]. O’Neil, M.J., “The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals,

Drugs, and Biologicals (14th ed.)”, Merck, New Jersey, 2006.

[3]. Anonim, “Selection and Use of Chemical Disinfectans” ,<URL:

http://www.memphis.edu/ehs/pdfs/disinfectan.pdf>, pp 1-4, 20 April

2014.

[4]. Fisher Scientific, “Material Safety Datasheet, Ethyl Alcohol”, <URL:

http://www.nafaa.org/ethanol.pdf>, 20 April 2014.

[5]. Anonim, “Farmakope Indonesia Edisi IV”, Departemen Kesehatan

Republik Indonesia, Jakarta, pp. 63 , 1996

[6]. Zumdahl, S. dan DeCoste D.J., “Introductory Chemistry: A

Foundation, Hybrid Edition”, Brooks/Cole, Belmont, pp.187, 2011.

[7]. Anonim, “Department of Electronics Course Notes”, Massachusetts

Institute of Technology”, Cambridge, Ch. 5, 2014.

[8]. Anonim, “The Dielectric Constant”, <URL:

http://physics.bu.edu/~duffy/semester2/c08_dielectric_constant.html

>, 22 April 2014.

[9]. Honma, M. dan Iwabashi, K., “Alcohol Concentration Detecting

Device”, United States Patent, Patent Number 5.033.292, pp. 3-18,

Alexandria, Juli, 1991.

[10]. Elert, G., “Dielectrics”, <URL:http://physics.info/dielectrics/>, 23

April 2014.

[11]. Texas Instruments, “555 Precision Timer Series”,

<URL:www.datasheetcatalog.com>, 23 April 2014.

[12]. STMicroelectronics, “NE555 General Purpose Single Bipolar Timer”

<URL:www.st.com>, 23 April 2014.

[13]. Anonim, “Peristaltic Pump”, <URL: http://en.wikipedia

.org/wiki/Peristaltic_pump>, 23 April 2014.

[14]. Atmel Corporation, “Datasheet ATmega16”,

<URL:http://www.atmel.com>, 23 April 2014.

[15]. Copeland, B.R., “The Design of PID Controllers using Ziegler Nichols

Tuning” <URL: http://educypedia.karadimov.info/

library/Ziegler_Nichols.pdf>, pp. 2-4, Maret, 2008.