LAPORAN AKHIR PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

JUDUL PROGRAM:

”UNIPEX’ Unit Pendeteksi Kadar Boraks Berbasis Mikrokontroler

BIDANG KEGIATAN:

PKM-KC

Diusulkan oleh:

Peter Chondro (2210100136) Angkatan 2010

Fauzan Aristyo (2210100040) Angkatan 2010

Yoni Widhi Prihana (2210100194) Angkatan 2010

Armand Dvi Parama (2211100068) Angkatan 2011

Hanifar Kahira (2211100161) Angkatan 2011

Dibiayai oleh :

Direktorat Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat

Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi

Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan

sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Program Kreativitas Mahasiswa

Nomor: 049/SP2H/KPM/Dit.Litabmas/V/2012, tanggal 13 Mei 2012

1 Judul Kegiatan : Unit Pendeteksi Kadar Boraks Berbasis Mikrokontroler

2 Bidang Kegiatan : ( ) PKM-P ( ) PKM-M (√ ) PKM-KC

(Pilih salah satu) ( ) PKM-K ( ) PKM-T

3 Ketua Pelaksana Kegiatan/Penulis Utama

a. Nama Lengkap : Peter Chondro

b. NIM : 2210100136

c. Jurusan : Teknik Elektro

d. Universitas/Institut/Politeknik : Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

e. Alamat Rumah dan No Tel./HP : Tenggilis Mejoyo KB-4, Surabaya 60292/081330110633

f. Alamat email : peter.chondro10@mhs.ee.its.ac.id

4 Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis : 4 orang

5 Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar : Rudi Dikairono, S.T., M.T.

b. NIDN : 132309752

c. Alamat Rumah dan No Tel./HP : Wilayut Village, RT.05 RW.01, Sukodono, Sidoarjo

61258/03170445507

6. Biaya Kegiatan Total :

a. Dikti : Rp. 9.000.000,-

b. Sumber lain (sebutkan . . . ) : Rp. 0,-

7. Jangka Waktu Pelaksanaan : 5 bulan

Surabaya, 2 Agustus 2013

1

I. PENDAHULUAN

I. 1. Latar Belakang Masalah

Boraks merupakan senyawa kimia yang umum digunakan dalam bahan utama

insektisida dan pengawet kayu. Karena karakteristiknya, boraks pun dapat

disalahgunakan sebagai bahan aditif dalam makanan (non food grade) yang mampu

memberikan efek emulsi pengawet dan/atau pengenyal makanan. Harga bahan yang

relatif lebih murah daripada bahan serupa (food grade) pun mendorong banyak orang

untuk menggunakan senyawa ini. Efek kompulsif dari pengkonsumsian bahan ini oleh

manusia dapat berupa radang pencernaan, kanker hati, hingga kematian.

Untuk meredam penyebaran penyalahgunaan bahan boraks dalam makanan,

pemerintah (melalui BPOM) telah mengalakkan berbagai sidak menggunakan metode

konvensional (lumpang pelumat dan kertas kurkumin). Cara ini dinilai oleh kami

kurang cepat, tidak kuantitatif dan banyak memakan tenaga. Oleh karena itu kami

membuat instrumen yang mampu mengukur kadar boraks dalam makanan secara

terintegrasi (plug and play) dan kuantitatif, yang bernama Unit Pendeteksi Kadar

Boraks (UNIPEX).

I. 2. Perumusan Masalah

Permasalahan yang menjadi fokus utama dalam program ini adalah bagaimana

cara mendesain dan membuat rancang bangun alat berbasis mikrokontroler yang

terintegrasi dengan sensor cahaya dapat secara akurat mengindikasi kandungan boraks

dalam bahan sampel makanan.

I. 3. Tujuan Program

Adapun tujuan yang akan dicapai dari pelaksanaan kegiatan ini antara lain:

1. Terciptanya UNIPEX sebagai instrumen yang mampu mengukur kadar

kandungan boraks dalam makanan secara kuantitatif dengan tingkat akurasi dan

konsistensi pengukuran yang relatif tinggi.

2. UNIPEX dapat membantu kerja analis maupun end-user dalam mengukur kadar

boraks dalam makanan dengan resolusi yang tinggi dan pengoperasian yang

mudah (plug and play).

I. 4. Target Luaran

Luaran yang diharapkan dari pelaksanaan program ini adalah terciptanya

instrumen pengukur kadar boraks dalam sampel makanan sehingga proses pembacaan

nilai kadar (konsentrasi) dapat kuantitatif, efisien dan user friendly.

I. 5. Kegunaan Program

Adapun kegunaan dari pencapaian program ini antara lain:

1. Peningkatan efektifitas dan efisiensi dari pengetesan bahan makanan terkait

kandungan boraks.

2. Dapat membantu program pemerintah dalam meningkatkan tingkat kesehatan

rakyat Indonesia.

3. Pencerdasan akan pentingnya kesehatan tubuh melalui harga produksi alat yang

terjangkau.

2

II. METODOLOGI PENDEKATAN PROGRAM

Metode pelaksanaan dari Program Kreatifitas Mahasiswa (PKM) ini

digambarkan pada diagram alir pada gambar 1.

Gambar 1. Diagram Metode Pelaksanaan PKM

II. 1. Perancangan Teknis Pelaksanaan Program

Menyusun rencana pelaksanaan dan implementasi Unit Pengindikasi Boraks

(UNIPEX).

II. 2. Perancangan dan Pembuatan Alat & Sistem

a. Perancangan dan Pembuatan Sistem Elektris

Pembuatan sistem elektris diawali dengan perancangan desain simulasi dari tiap

komponen dan alat menggunakan software. Perancangan desain meliputi cara kerja

dari tiap alat, termasuk mengatur kinerja dan koordinasi dari mikrokontroler. Setelah

simulasi dan desain elektris dari UNIPEX didapatkan, kemudian menyusun daftar

bahan dan alat dan diimplementasikan pada project board lalu pencetakan PCB.

b. Perancangan dan Pembuatan Sistem Mekanis

Tahap kedua adalah perancangan mekanik. Rancangan mekanik ini meliputi

perancangan enclosure atau tempat dan kerja alat. Disini kami menggunakan mixer

untuk menghancurkan bahan yang akan diujikan sehingga perlu pemilihan motor yang

sesuai dengan torsi yang besar dan bahan untuk pisau atau blade yang digunakan agar

tajam.

Gambar 2. Gambaran Umum UNIPEX

3

c. Karakterisasi Sensor pada Konsentrasi Boraks

Tahap ketiga adalah melaksanakan karakterisasi sensor terhadap perubahan nilai

konsentrasi boraks. Proses ini memakan waktu yang cukup lama agar sensor nantinya

dapat melakukan pembacaan nilai konsentrasi boraks dengan konsisten dan akurat.

Proses ini dilakukan dengan mempersiapkan bahan boraks, air pelarut, beaker glass,

dan spatula. Dengan alat dan bahan tersebut, dilakukan sintesa asam boraks yang

nantinya akan direaksikan dengan kurkumin. Perubahan warna dari kurkumin ini

selanjutnya akan dibaca pada sensor sehingga kita dapat mengetahui hubungan nilai

sensor dengan nilai konsentrasi larutan boraks yang diberikan.

II. 3. Test Drive Awal

Setelah perancangan dan pembuatan alat selesai dibuat perlu dilakukan

pengujian awal berupa test drive awal terhadap alat, kemudian ditentukan kekurangan

atau ketidaksempurnaan dari alat. Selain itu juga dilakukan pengujian terhadap

konsistensi kerja dari alat itu sendiri. Konsistensi hasil akan menjadi hal utama yang

akan disorot, mengingat tingkat akurasi alat sangat diperlukan agar tidak terjadi

kesalahan penafsiran oleh sistem mikrokontroler akibat sensor yang digunakan.

II. 4. Evaluasi dan Penyempurnaan Alat

Pada tahap ini data hasil evaluasi pada saat test drive awal digunakan sebagai

acuan untuk menyempurnakan alat. Evaluasi akan dilakukan dengan melakukan analisa

rangkaian dan program yang disematkan dalam mikrokontroler Pengerjaan-pengerjaan

seperti pemilihan kembali bahan apa saja yang akan digunakan dan cara kerja alat

direvisi kembali sehingga mampu menciptakan alat yang sesuai dengan yang

diharapkan.

II. 5. Publikasi UNIPEX

Target publikasi dari UNIPEX adalah dapat dikenal oleh kalangan praktisi dan

analis yang berada dalam bidang analisis kimia atau farmasi. Oleh sebab itu kami

melakukan beberapa kegiatan mulai dari kunjungan menuju ke sekolah menengah

farmasi Saraswati di Denpasar – Bali, kompetisi dan pameran ilmiah Lomba Cipta

Elektroteknik Nasional 2013, dan pengenalan pada publik melalui media cetak.

II. 6. Penyusunan Laporan Akhir

Penyusunan laporan dilaksanakan setelah semua langkah-langkah terselesaikan

sehingga hasil yang diperoleh dari pembuatan sistem dapat dijelaskan secara rinci

sesuai dengan data-data yang diperoleh. Dan juga diberikan hasil analisa sistem

terhadap kinerja rangkaian dengan maksud sebagai referensi pembuatan alat di masa

yang akan datang.

III. TINJAUAN PUSTAKA

III.1. Motor

Motor listrik adalah sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi

listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya,

memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat

bahan, dll.

4

Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di

industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan

bahwa motor-motor menggunakan sekit ar 70% beban listrik total di industri.

III.2. Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer.

Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan

komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama.

Gambar 3. Mikrokontroler ATMega 8

Pada UNIPEX, mikrokontroler memegan peranan yang sangat penting seperti

layaknya otak dari alat ini. Mikrokontroler digunakan untuk mengkordinasi alat – alat

maupun komponen (mixer, sensor, motor dan lain – lain) sehingga menjadi suatu

sistem yang dipergunakan untuk mengidentifikasi kandungan boraks dalam makanan.

III.3. Layar Display

Layar display yang digunakan pada UNIPEX ini menggunakan Light Cell

Display (LCD), yakni sebuah teknologi layar digital yang menghasilkan citra pada

sebuah permukaan yang rata (flat). LCD memiliki banyak kegunaan khususnya pada

suatu sistem yang menggunakan mikrokontroler. Pada alat ini, LCD Display digunakan

untuk menampilkan nilai hasil dari sensor, yang nantinya akan disimpulkan makanan

yang diperiksa mengandung boraks atau tidak.

Gambar 4. LCD Display

Light Cell Display umumnya diproduksi tanpa memiliki driver peripheral yang

akan terkoneksi dengan mikrokontroler. Oleh sebab itu, dibutuhkan tambahan IC driver

yang kompatibel dengan LCD yang digunakan (mengingat bahwa IC driver yang

digunakan bergantung pada jenis LCD yang dipakai).

IV. PELAKSANAAN PROGRAM

IV.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Adapun waktu pelaksanaan program ini dimulai pada awal bulan Februari 2013

yaitu dengan pembuatan peta kegiatan yang akan dilakukan dalam rangka pelaksanaan

program yang kemudian akan dilanjutkan hingga bulan Juni 2013. Proses pelaksanaan

program dilakukan di Surabaya – Jawa Timur dan Denpasar – Bali.

IV.2. Tahapan Pelaksanaan/Jadwal Faktual Pelaksanaan

Tahapan pelaksanaan program ini diawali dengan pembagian tugas masing-

masing anggota demi tercapainya kelancaran pelaksanaan program. Kemudian

dilakukan dengan pelaksanaan program sesuai dengan tahapan sebagai berikut:

5

Tabel 1. Tahapan Pelaksanaan Program

IV.3. Instrumen Pelaksanaan

Adapun instrumen yang digunakan dalam pelaksanaan program ini adalah

voltmeter, osiloskop, function generator, timbangan digital untuk mengetahui berat dari

kristal boraks yang nantinya akan dilarutkan dalam air pelarut.

IV.4. Rancangan dan Realisasi Biaya

Untuk realisasi dan rancangan biaya dari pelaksanaan program ini dapat dilihat

pada tabel 2.

Tabel 2. Rancangan dan Realisasi Dana (dalam rupiah)

No Transaksi Rancangan Harga Satuan Realisasi

1 Modul Mikrokontroler 1.075.000 185.000 925.000

2 ATMega8 225.000 80.000 400.000

3 Resistor 1k ¼ Watt 15.000 175 17.500

4 Resistor 220k ¼ Watt 15.000 175 17.500

5 Resistor 470k ¼ Watt 15.000 175 17.500

6 Resistor 50k ¼ Watt 15.000 175 17.500

7 Variable Resistor 10k 25.000 1.000 50.000

8 Multiturn Potensiometer

1k 25.000 4.500 112.500

9 Kapasitor Elektrolit 1uF

16V 125.000 2.000 100.000

10 Kapasitor Elektrolit 10uF

16V 125.000 2.000 100.000

11 Kapasitor Keramik 0,1 nF 5.000 150 7.500

12 Kapasitor MKM 1 nF 32.500 1.500 75.000

13 Kapasitor Tantalum 1nF 5.000 150 7.500

14 Dioda Zener 5V1 10.000 750 37.500

15 Dioda 1N4148 25.000 250 12.500

16 Motor DC 100.000 325.000 325.000

17 Gear Motor DC 1.000.000 150.000 450.000

18 Display LCD 375.000 55.000 275.000

19 Fototransistor 135.000 3.000 15.000

20 LED Ultrabright 75.000 900 45.000

21 Infrared 150.000 1.500 75.000

22 IR Reciever 175.000 1.000 50.000

23 Optocoupler 75.000 4.500 112.500

6

24 Pompa Air 10W DC 750.000 125.500 125.500

25 Aluminium 300.000 300.000 300.000

26 Stainless Steel 400.000 150.000 150.000

27 Pipa Kapiler 75.000 15.000 15.000

28 Kertas Kurkumin 250.000 300.000 300.000

29 Alat Tulis 125.000 30.000 30.000

30 Research Mixer 1.750.000 - -

31 Mikrokontroler

Downloader 1.500.000 150.000 300.000

32 Seven Segment Common

Anode 100.000 12.500 250.000

33 CD47LS47 Register 60.000 3.000 60.000

34 CD4011BE 60.000 1.200 24.000

35 IRF46N 180.000 6.500 65.000

36 BC319 150.000 3.000 90.000

37 LM35Z 750.000 34.500 690.000

38 Soket IC 20 pin 100.000 2.000 100.000

39 Soket IC 16 pin 75.000 1.500 75.000

40 Biaya Bubut 500.000 500.000 500.000

41 Baut & Mur 60.000 75.000 75.000

42 Kipas DC 90.000 30.000 60.000

43 Cat Pylox 64.000 35.000 70.000

44 Plastik Insulasi 15.000 10.000 10.000

45 Insulation Heater 135.000 180.000 180.000

46 Timbangan Digital - 300.000 600.000

47 Beaker Glass - 25.000 250.000

48 Spatula Pyrex - 100.000 100.000

49 Timah/Tenol - 50.000 200.000

50 Feri Klorida - 125.500 125.500

51 Voltmeter Digital - 201.750 403.500

52 Probe Osiloskop Digital - 145.000 145.000

53 Termoelektrik - 95.000 190.000

54 Pipa Paralon 3” - 24.000 48.000

55 Kabel Pelangi - 1.000 10.000

56 Konektor Male - 50 5.000

57 Konektor Female - 50 5.000

58 Lem Alteco - 6.900 69.000

59 Selotip Pipa - 3.000 30.000

60 Trafo 2A - 64.500 64.500

11.311.500 8.960.000

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

V.1. Hasil Karakterisasi Sensor

Dalam proses pengujian sensor demi memperoleh hasil pengkarakterisasian

sensor atas perubahan nilai konsentrasi boraks dalam larutan, kami menggunakan

sistem minimum mikrokontroler ATMega8 yang telah terpasang sensor fotodioda dan

LED dengan antarmuka berupa layar LCD.

7

Larutan boraks dibuat dengan mencampurkan natrium tetraboraks dalam air

menggunakan beaker glass. Jumlah boraks yang dilarutkan diukur beratnya

menggunakan timbangan digital. Larutan lantas direaksikan dengan kertas kurkumin.

Warna kertas kurkumin dibaca oleh sensor fotodioda, nilai pembacaan dapat diperoleh

dari layar LCD. Nilai bacaan ini yang nantinya disimpan sebagai datalogger.

Proses ini dilakukan berkali – kali dan dalam banyak rentang konsentrasi boraks;

untuk mendapatkan banyak data dan nantinya dapat diambil kesimpulan.

Tabel 3. Grafik Konsentrasi Boraks vs Nilai ADC (LCD)

V.2. Hasil Pengujian Alat

Dari proses perancangan hingga diperoleh unit prototipe dari UNIPEX, telah

dilakukan banyak sekali troubleshoot sehingga instrumen menjadi lebih handal.

UNIPEX mampu mengotomasi sistem pengukuran kadar boraks dalam makanan mulai

dari proses pelumatan hingga pengukuran. Adapun range ukur dari boraks antara 0

hingga 1,5 ppm dengan resolusi mencapai 0,1 ppm.

Tabel 4. Grafik Hasil Pengujian Sensor dan Alat

0

50

100

150

200

250

300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Konsentrasi VS Nilai ADC

180

185

190

195

200

205

210

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pengujian Sensor

8

Berikut ini merupakan spesifikasi umum dari UNIPEX:

Konsumsi Daya : Maks 210W

Rentang Ukur : 0 – 1,5 ppm

Ketelitian : 0,1 ppm

Dimensi : 36,2 x 25,6 x 9,5 cm

Fitur Tambahan : Mode Pembersihan

Enclosure : Aluminium

Waktu Analisa : 2 menit

V.3. Kegiatan Publikasi UNIPEX

a. Pameran Ilmiah Lomba Cipta Elektroteknik Nasional 2013

Testimoni dari pengunjung pameran: “Cukup menarik namun dimensinya masih

terlalu besar jika ingin dibuat mobile.”

Memperoleh juara 2 di bidang Biomedika Lomba Cipta Elektroteknik Nasional

2013.

b. Kunjungan SMK Saraswati 3 Denpasar

Testimoni dari Kepala Laboratorium dan Koordinator Pengadaan Alat SMK

Saraswati 3 Denpasar, Pak Santoso, S.Si, “Alat sangat inovatif dan sangat kami

butuhkan untuk menambah independensi kita dari konsumsi barang luar negri.

Saya menunggu alatnya lebih sempurna lagi.”

c. Wawancara Koran Jawa Pos

Terbit tanggal 3 Agustus 2013 Lembar Metropolis Halaman 33 Rubrik

Pendidikan.

VI. KESIMPULAN DAN SARAN

VI.1. Kesimpulan

UNIPEX merupakan sebuah instrument yang mampu melakukan pengukuran kadar

boraks dalam makanan secara mudah (plug and play) dengan rentang ukur mulai dari 0

hingga 1,5 ppm dan resolusi sebesar 0,1 ppm. UNIPEX dapat menurunkan modal

pengadaan untuk pengujian nilai kadar boraks.

VI.2. Saran

UNIPEX diharapkan dapat dikembangkan agar tidak hanya mengukur kadar boraks

saja namun juga senyawa lain yang umum untuk disalahgunakan dalam makanan seperti

formalin dan lain sebagainya.

VII. DAFTAR PUSTAKA

Bejo, Agus, C & CAVR Mikrokontroler ATMega8535, Yogyakarta: Graha Ilmu, 2008

Doni. 2012. “Boraks, Penggunaan dan Bahayanya Bagi Kesehatan”.

http://news.cobadulu.com/, diakses tanggal 18 Oktober 2012

Donald G. Fink and H. Wayne Beaty. 1978. Standard Handbook for Electrical Engineers,

Eleventh Edition, McGraw-Hill, New York.

Hammond, C. R. 2004. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition.

CRC press

_____. Boraks. http://antiborax.wordpress.com/ , diakses tanggal 18 Oktober 2012

9

LAMPIRAN 1

Gambar 5. Dokumentasi Proses Pembuatan UNIPEX.

Gambar 6. Tampak dalam dan luar dari UNIPEX

Gambar 7. Perolehan Juara 2 dalam LCEN Gambar 8. Publikasi di Media Cetak

10

LAMPIRAN 2

Gambar 9. Bukti Kuitansi Pembayaran dan Bon Realisasi