rancang bangun sistem pengukuran kualitas air …
TRANSCRIPT
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KUALITAS AIR
UNTUK KEPERLUAN HIGIENE SANITASI BERBASIS
ARDUINO UNO
SKRIPSI
MUHAAMAD FAUZAN ZARKASHIE
11160970000054
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2021 M
i
LEMBAR PERSETUJUAN
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KUALITAS AIR UNTUK
KEPERLUAN HIGIENE SANITASI BERBASIS ARDUINO UNO
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Fisika
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah
Oleh:
MUHAMAD FAUZAN ZARKASHIE
NIM. 11160970000054
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Elvan Yuniarti, M.Si Ryan Rizaldy, M.Si
NIP. 197912272008012015 NUP. 9920113257
Mengetahui,
Ketua Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Tati Zera, M.Si
NIP. 196906082005012002
ii
LEMBAR PENGESAHAN UJIAN
iii
LEMBAR PERNYATAAN
iv
ABSTRAK
Air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang berperan penting menyokong
kehidupan di bumi. Air untuk keperluan higiene sanitasi digunakan untuk beberapa hal,
untuk pemeliharaan kebersihan perorangan seperti mandi dan sikat gigi. Air juga untuk
keperluan mencuci bahan pangan, peralatan makan dan mencuci pakaian. Selain itu air
untuk higiene sanitasi dapat digunakan sebagai air baku air minum. Penelitian ini untuk
merancang sebuah alat pengukuran kualitas air dengan menggunakan parameter sesuai
dengan kualitas air untuk keperluan higiene sanitasi yang dikeluarkan Kementrian
Kesehatan. Parameter tersebut meliputi kekeruhan, kadar keasaman (pH), suhu dan
jumlah zat padat pada air. Alat yang dirancang menggunakan Arduino Uno sebagai
pengendali, sensor-sensor sesuai dengan parameter yaitu sensor photodioda, pH, suhu
dan TDS (Total Dissolved Solids) serta sistem output menggunakan LCD 20 x 4. Hasil
dari penelitian ini menyimpulkan bahwa sistem deteksi kualitas air berjalan dengan
baik, dengan menggunakan sensor photodioda dapat membaca masing-masing tingkat
kekeruhan berdasarkan nilai ADC (Analog Digital Converter). Sensor TDS memiliki
tingkat akurasi sebesar 93,2% dengan persentase kesalahan 6,8%, sensor pH memiliki
tingkat akurasi sebesar 97,5% dengan persentase kesalahan 2,5% dan sensor suhu
memiliki akurasi sebesar 97,84% dengan persentase kesalahan 2,16%.
Kata Kunci: Air Bersih, Air Higiene Sanitasi, Arduino Uno, Kualitas Air Bersih,
Sensor, Sensor Photodioda, sensor pH, Sensor Suhu, Sensor TDS.
v
ABSTRACT
Water is one of the essential needs that play an important role in supporting life on
earth. Water for sanitary hygiene purposes is used for several things, for the
maintenance of individual hygiene such as bathing and toothbrushes. Water is also for
the purposes of washing foodstuffs, tableware and washing clothes. In addition, water
for hygiene sanitation can be used as raw water for drinking water. This research is to
design a water quality measurement tool using parameters in accordance with water
quality for sanitary hygiene purposes issued by the Ministry of Health. These
parameters include turbidity, acidity (pH), temperature and amount of solids in water.
The tool is designed to use Arduino Uno as a controller, sensors according to the
parameters of photodiode sensors, pH, temperature and TDS (Total Dissolved Solids)
and output systems using an LCD 20 x 4. The results of this study concluded that the
water quality detection system is running well, using photodiode sensors that can read
each level of turbidity based on the value of ADC (Analog Digital Converter). The TDS
sensor has an accuracy rate of 93.2% with a 6.8% error percentage, the pH sensor has
an occurrence rate of 97.5% with a 2.5% error percentage and a temperature sensor
has an accuracy of 97.84% with a 2.16% error percentage.
Keywords: Arduino Uno, Clean Water, Clean Water Quality, Photodiode Sensor, pH
sensor, Sanitary Hygiene Water, Temperature Sensor, TDS Sensor.
vi
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur peneliti panjatkan ke hadirat Allah SWT atas nikmat dan
karunia yang telah dilimpahkan sehingga peneliti dapat menyelesaikan laporan skripsi
ini dengan sebaik-baiknya. Shalawat serta salam semoga selalu tercurahkan kepada
Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan tuntunan dan petunjuk kepada umat
manusia menuju kehidupan dan peradaban, serta para keluarga dan para sahabat yang
dicintainya.
Laporan skripsi dengan judul “Rancang Bangun Sistem Pengukuran
Kualitas Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi Berbasis Arduino Uno.” ini
merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh dalam menyelesaikan jenjang Strata
1 (S1) pada Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta.
Dalam penyusunan laporan ini, peneliti telah mendapat banyak bantuan dan
bimbingan serta semangat dari berbagai pihak. Tanpa bantuan dari berbagai pihak
tersebut, tentunya proses penyusunan laporan ini akan sangat sulit untuk diselesaikan.
Oleh karena itu, peneliti ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Nashrul Hakiem, M.T, Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Ibu Tati Zera, M.Si. selaku Ketua Program Studi Fisika Fakultas Sains dan
Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
3. Ibu Elvan Yuniarti, M.Si. sebagai Dosen Pembimbing I dan Bapak Ryan
Rizaldy, M.Si. sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan, arahan, dan dukungan kepada penulis selama proses
penyelesaian skripsi ini. Terima kasih banyak atas seluruh waktu, tenaga,
vii
kesediaan menjawab setiap pertanyaan penulis serta membagikan banyak
pengetahuan agar penulis bisa menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
4. Kedua orang tua peneliti, yaitu Bapak Lasijo dan Ibu Sri Hartini yang sudah
mendidik, memberikan dukungan, serta doa yang tiada henti kepada peneliti
sehingga memacu peneliti untuk memberikan yang terbaik terkait tugas
akhir ini.
5. Teman dekat peneliti, Neera Maulidia Awalina yang selalu memberikan
dukungan, membantu dalam menganalisis data, dan berperan sangat besar
dalam pembuatan skripsi ini. Semoga menjadi ladang pahala bagi beliau.
6. Sahabat-sahabat penulis di perkuliahan, Rizki Khusnul Adin dan Ridwan
Eko Laksono yang selalu muhasabahkan diri untuk selalu rendah diri dan
mengusulkan ide skripsi ini.
7. Keluarga Prodi Fisika, senior maupun junior yang telah membantu
kehidupan perkulahan peneliti. Khususnya Andri Kurniawan yang selalu
memberikan saran, dukungan, dan ilmu kepada peneliti untuk penyelesaian
tugas akhir ini.
8. Sahabat peneliti saat SMA, yaitu Mayla Rizki Arjuna dan Endras Haryo
yang telah memberikan kesenangan, dukungan, serta doa kepada peneliti
terkait penyelesaian skripsi ini.
9. Keluarga Kontrakan, yaitu Nanda Ridki Permana, Ade Kurniawan, Eka
Saputra, Ahmad Haris, Ahmad Mustadi, Ali Nurdin, Reza Rahmansyah,
Fajri Maulana dan Dwi Septian yang telah menemani peneliti dari awal
mahasiswa baru.
10. Keluarga Fisika Instrumen 2016 yang telah memotivasi penulis juga ikut
andil dalam penyelesaian skripsi ini.
11. Keluarga Himpunan Mahasiswa Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN
Syarif Hidayatullah Jakarta serta Himpunan Mahasiswa Islam Komisariat
Fakultas Sains dan Teknologi (HMI Komfastek) yang hadir mewarnai
viii
kehidupan penulis di masa perkuliahan. Yang telah memotivasi penulis
untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
12. Keluarga KKN 149 Yoko, yang selalu memberikan dukungan, doa kepada
penulis. Telah memberikan cerita singkat yang sangat berharga dan
memiliki arti nilai penting baik dalam hal kehidupan, keluarga, dan cinta.
13. Serta seluruh pihak-pihak terkait yang telah berjasa dalam proses
penyelesaian laporan skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Dengan bantuan semua pihak di atas, peneliti bersyukur dan berdoa kepada
Allah SWT, semoga semua bantuan yang peneliti terima dalam proses penulisan skripsi
ini mendapatkan balasan yang setimpal di akhirat nantinya. Peneliti juga menyadari
bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, baik dari segi
bahasa, penyusunan, maupun penulisannya. Untuk itu peneliti berharap agar pembaca
dapat memaklumi atas kekurangan dalam laporan skripsi ini.
Akhir kata, peneliti berharap semoga laporan skripsi ini dapat bermanfaat bagi
penelitian selanjutnya dan bagi para pembaca pada umumnya.
Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.
Jakarta, 20 Februari 2021
M. Fauzan Zarkashie
11160970000054
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN UJIAN .......................................................................................ii
LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................................. iii
ABSTRAK .......................................................................................................................... iv
ABSTRACT .........................................................................................................................v
KATA PENGANTAR.......................................................................................................... vi
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xiv
BAB I .................................................................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang...................................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................................. 7
1.3. Batasan Masalah ................................................................................................... 8
1.4. Tujuan Penelitian .................................................................................................. 9
1.5. Manfaat Penelitian ................................................................................................ 9
1.6. Sistematika Penulisan ......................................................................................... 10
BAB II ............................................................................................................................... 12
2.1. Air Higiene Sanitasi ............................................................................................ 12
2.2. Intensitas Cahaya ................................................................................................ 15
2.3. LED (Light Emitting Diode)................................................................................ 16
2.4. Kekeruhan .......................................................................................................... 17
x
2.5. Sensor Photodioda .............................................................................................. 17
2.6. Lambert Beer ...................................................................................................... 18
2.7. Hukum Ohm ....................................................................................................... 20
2.8. Sensor pH Meter ................................................................................................. 21
2.9. Sensor Suhu DS18B20 ........................................................................................ 24
2.10. Sensor TDS Meter .............................................................................................. 26
2.11. LCD ................................................................................................................... 29
2.12. Analog Digital Converter .................................................................................... 31
2.13. Arduino Uno ....................................................................................................... 32
BAB III .............................................................................................................................. 36
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................. 36
3.2. Alat dan Bahan ................................................................................................... 36
3.3. Tahap Penelitian ................................................................................................. 37
3.3.1. Alur Penelitian ............................................................................................ 38
3.3.2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware).................................................. 39
3.3.3. Perancangan Perangkat Lunak (Software) .................................................... 43
3.4. Metode Pengambilan Data .................................................................................. 45
3.4.1. Pengujian Kalibrasi Sensor .......................................................................... 45
3.4.2. Pengujian Keakuratan Sensor ...................................................................... 47
BAB IV ............................................................................................................................. 48
4.1. Hasil Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kualitas Air ..................................... 48
4.2. Hasil Uji Kalibrasi dan Keakuratan Sensor .......................................................... 50
4.2.1. Pengujian Keakuratan Sensor Photodioda .................................................... 50
4.2.2. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor pH ........................................... 52
4.2.3. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor TDS......................................... 56
xi
4.2.4. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor Suhu ........................................ 60
4.3. Analisis Hasil Uji Alat Secara Keseluruhan Dengan Sampel ............................... 61
4.3.1. Prosedur dan Hasil Pengujian ...................................................................... 62
4.3.2. Analisis Pengujian....................................................................................... 66
BAB V ............................................................................................................................... 68
5.1. Kesimpulan......................................................................................................... 68
5.2. Saran .................................................................................................................. 70
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 71
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Status Kualitas Air Sungai Indonesia [6] ............................................... 4
Gambar 2. 1 Bagian-bagian LED [15] ..................................................................... 16
Gambar 2. 2 Photodioda .......................................................................................... 18
Gambar 2. 3 Hukum Lambert Beer [22] .................................................................. 20
Gambar 2. 4 Sensor pH meter [26] .......................................................................... 24
Gambar 2. 5 Sensor Suhu DS18B20 ........................................................................ 25
Gambar 2. 6 Sensor Analog TDS meter .................................................................. 29
Gambar 2. 7 LCD 20x4 Karakter dengan Modul I2C .............................................. 29
Gambar 2. 8 Modul I2C .......................................................................................... 31
Gambar 2. 9 Arduino Uno ....................................................................................... 33
Gambar 2. 10 Arduino IDE ..................................................................................... 35
Gambar 3. 1 Tahap Penelitian ................................................................................. 37
Gambar 3. 2 Rangkaian Sensor Photodioda [46] ..................................................... 40
Gambar 3. 3 Rangkaian Sensor Analog TDS Meter [46] ......................................... 40
Gambar 3. 4 Rangkaian Sensor pH Meter [46] ........................................................ 41
Gambar 3. 5 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 [46] ............................................... 42
Gambar 3. 6 Rangkaian Keseluruhan [46] ............................................................... 43
Gambar 3. 7 Proses Keseluruhan Kerja Sensor ........................................................ 44
Gambar 4. 1 Hasil Rancang Bangun Tampak Luar .................................................. 48
Gambar 4. 2 Hasil Rancang Bangun Tampak Dalam ............................................... 49
xiii
Gambar 4. 3 Sampel Uji dan Tampilan Display ....................................................... 52
Gambar 4. 4 pH Meter dan Cairan Pengujian .......................................................... 53
Gambar 4. 5 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan pH Meter .............................. 54
Gambar 4. 6 TDS Meter dan Cairan Pengujian ........................................................ 56
Gambar 4. 7 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan TDS Meter ............................ 58
Gambar 4. 8 Sampel Uji Suhu ................................................................................. 60
Gambar 4. 9 Grafik Hasil Uji TDS .......................................................................... 63
Gambar 4. 10 Grafik Hasil Uji pH ........................................................................... 65
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Simbol dan Satuan Cahaya [12] .............................................................. 15
Tabel 2. 2 Karakteristik pH elektroda [9] ................................................................ 23
Tabel 2. 3 Hubungan antara Celsius, Reamur dan Fahrenheit .................................. 24
Tabel 2. 4 Fungsi kaki dari LCD 20x4 karakter ....................................................... 30
Tabel 2. 5 Karakteristik Arduino Uno [43] .............................................................. 34
Tabel 3. 1 Tabel Alat dan Bahan ............................................................................. 36
Tabel 4. 1 Tingkat Kekeruhan berdasarkan nilai ADC ............................................. 51
Tabel 4. 2 Tegangan pH meter dan Sensor pH ......................................................... 53
Tabel 4. 3 Hasil Kalibrasi Sensor pH....................................................................... 55
Tabel 4. 4 Tegangan TDS meter dan Sensor TDS.................................................... 57
Tabel 4. 5 Hasil Kalibrasi Sensor TDS .................................................................... 59
Tabel 4. 6 Hasil Pengujian Sensor Suhu .................................................................. 61
Tabel 4. 7 Perbandingan TDS di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air Bersih .. 63
Tabel 4. 8 Perbandingan Tingkat Keruh di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air
Bersih ..................................................................................................................... 64
Tabel 4. 9 Perbandingan pH dengan Syarat Kualitas Air Bersih .............................. 64
Tabel 4. 10 Perbandingan Suhu Dengan Syarat Kualitas Air Bersih ........................ 65
Tabel 4. 11 Uji Keseluruhan.................................................................................... 66
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Di alam semesta ini terdapat tiga makluk yang diciptakan Allah yang paling tua.
Yaitu, “singgasana” Tuhan (‘arasy), buku rahasia kejadian (lauh mahfudh) dan air
(maa’). Disebut paling tua usianya dikarenakan ketiga makluk ini sudah tercipta
sebelum segala sesuatu diciptakan. Menurut kepercayaan agama-agama besar
(samawi), air merupakan unsur atau elemen yang terlebih dahulu diciptakan oleh
Tuhan sebelum menciptakan kehidupan yang ada di bumi dan tidak ada makluk hidup
yang melangsungkan kehidupannya tanpa adanya air[1]. Allah berfirman dalam QS.
Hud/11:7 yang berbunyi:
ض في ستة أ رأ ت وٱلأ و م شهۥ ع وهو ٱلذي خلق ٱلس ول يام وكان عرأ سن عملا لوكمأ أيكمأ أحأ ماء ليبأ ت إنكم لى ٱلأ ئن قلأ
ذا إل ت ليقولن ٱلذين كفروا إنأ ه موأ د ٱلأ عوثون من بعأ بأ بين م ر م سحأ
Terjemahnya: Dan Dia-lah yang menciptakan langit dan bumi dalam enam masa, dan
adalah singgasana-Nya (sebelum itu) di atas air, agar Dia menguji siapakah di antara
kamu yang lebih baik amalnya, dan jika kamu berkata (kepada penduduk Mekah):
"Sesungguhnya kamu akan dibangkitkan sesudah mati", niscaya orang-orang yang
kafir itu akan berkata: "Ini tidak lain hanyalah sihir yang nyata".
Kedudukan air sebagai peyangga ‘arasy Tuhan ialah fakta teologis yang
memperlihatkan betapa penting dan mulianya keberadaan air di alam wujud ini.
2
Ditambahkan lagi ketika al-Qur’an dikatakan bahwa air ialah sumber utama
kehidupan[1]. Sebagaimana firman Allah SWT dalam QS. Al-Anbiya’/21: 30 yang
berbunyi:
قا ض كانتا رتأ رأ ت وٱلأ و م أو لمأ ير ٱلذين كفروا أن أن ٱلس ء حي ماء كل شيأنا من ٱلأ هما وجعلأ ن منون ا ففتقأ أفل يؤأ
Terjemahnya: Dan apakah orang-orang kafir tidak mengetahui bahwa langit dan bumi
keduanya dahulunya menyatu, kemudian Kami pisahkan antara keduanya; dan Kami
jadikan segala sesuatu yang hidup berasal dari air; maka mengapa mereka tidak
beriman?
Air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang sangat penting dalam kehidupan
makhluk hidup di bumi. Air digunakan untuk proses metabolisme bagi makluk hidup.
Pada manusia, fungsi air sebagai keperluan industri, pertanian, transportasi, dll. Di
bumi ini ada tiga sumber air yaitu air tanah, air permukaan dan air hujan. Air tanah
ialah air yang berada di dalam lapisan tanah dengan kedalaman berbeda-beda, air tanah
biasanya dimanfaatkan manusia untuk kebutuhan hidup, misalnya didapatkan melalui
sumur atau melalui pompa air [2]. Air permukaan merupakan air yang berada di atas
permukaan tanah, baik dalam kondisi mengalir maupun diam dan tidak dapat terserap
karena lapisan tanah yang sangat rapat sehingga sulit ditembus air seperti yang terdapat
pada mata air, sungai danau, lahan basah, atau laut. Sedangkan, air hujan adalah air
angkasa yang jatuh kepermukaan bumi. Dalam entitasnya tidak semua sumber air tadi
dapat dipergunakan untuk memenuhi kebutuhan kita karena dalam memenuhi
3
kebutuhan hidup kita air harus memenuhi beberapa faktor seperti secara kimia, fisika,
bakteriologi maupun radioaktif [3].
Pada Peraturan Menteri Kesehatan RI nomor 32 tahun 2017 Bab II tentang
standar baku mutu kesehatan lingkungan poin A untuk keperluan higiene sanitasi.
Standar baku mutu kesehatan lingkungan untuk air higiene sanitasi meliputi beberapa
parameter fisik, biologi dan kimia. Air untuk keperluan higiene sanitasi tersebut
digunakan untuk beberapa hal, untuk pemeliharaan kebersihan perorangan seperti
mandi dan sikat gigi. Air juga untuk keperluan mencuci bahan pangan, peralatan makan
dan mencuci pakaian. Selain itu air untuk higiene sanitasi dapat digunakan sebagai air
baku air minum. [4]
Adapun standar kualitas air bersih menurut Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia (LIPI) yang disebut sebagai metrologi air. Metrologi air ini digunakan untuk
mengetahui kelayakan air untuk konsumsi, penyebab air tercemar, dan keefektifan
sistem pengolahan air. Sudah banyak dilakukan pengecekan status air layak konsumsi
dalam berbagai cara dan tahap. Metrologi ini berfokus untuk mengukur air dari berat,
suhu, letak, maupun kandungan material seperti mineral dan sifat asam air, dan juga
melihat dari sudut pandang biologi yang melihat mikroorganisme yang terkandung
dalam air. World Health Organization (WHO) juga memberikan kriteria air yang layak
minum seperti jernih, tidak berbau, tidak berasa aneh, bersuhu wajar, bersih dari
bakteri, dan mengandung sedikit jumlah mineral. Minimnya akses air bersih
merupakan permasalahan yang kompleks di Indonesia, karena ini dapat menjadi
4
pembunuh sunyi karena banyak masyarakat yang tewas dari berbagai penyakit yang
muncul karena hal ini.[5].
Gambar 1. 1 Status Kualitas Air Sungai Indonesia [6]
Gambar 1.1 di atas menjelaskan status kualitas air di Indonesia yang mulai
menurun pada tahun 2014, mayoritas sungai berstatus cemar berat. Data
memperlihatkan sebanyak 29,03% berstatus cemar sedang hingga cemar berat dan
58,06% sungai tercemar berat. Angka ini sempat turun pada 2015 menjadi 24,24%
sungai berstatus cemar sedang-cemar berat dan 42,42% sungai berstatus cemar berat.
Sayangnya, di 2016 jumlah sungai berstatus cemar berat kembali naik menjadi 55,88%
dan sebanyak 23,5% berstatus cemar sedang hingga cemar berat. Disimpulkan dari data
tersebut, sungai dengan kondisi baik semakin sulit ditemui. Tak heran, sekarang ini
5
rumah tangga lebih mengandalkan air kemasan sebagai sumber air minum yang layak,
seiring memburuknya kualitas sungai-sungai di Indonesia. [6]
Air yang berwarna keruh merupakan ciri air yang tidak sehat. Kekeruhan
merupakan sifat optik yang ditentukan adanya cahaya yang diserap dan terpancarkan
oleh larutan yang terdapat dalam air. Air dapat dikatakan keruh apabila air tersebut
terdapat muatan partikel bahan yang tersuspensi, sehingga membagikan warna atau
rupa yang berlumpur dan kotor. Air keruh yang tidak tembus pandang atau bahkan
dengan cahaya sekalipun menyatakan bahwa air tersebut mempunyai tingkat
kekeruhan yang sangat tinggi sedangkan air yang tembus pandang mempunyai
kekeruhan yang sangat rendah. Bahan-bahan yang menyebabkan kekeruhan ini antara
lain tanah liat, lumpur, pasir halus dan bahan-bahan organik[7]. Keasaman atau pH air
juga sangat berpengaruh bagi metabolisme tubuh kita dikarenakan bila air yang kita
konsumsi untuk minum dan olahan makanan memiliki pH yang rendah kebutuhan yang
ada di dalam tubuh kita tidak terpenuhi secara maksimal. Air yang baik untuk
dikonsumsi sesuai dengan Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 32 Tahun 2017
memiliki nilai pH 6,5 – 8,5. Adapun untuk suhu air sebaiknya sejuk (tidak panas)
terutama agar tidak terjadi perlarutan zat kimia yang ada khususnya pada saluran pipa
yang dapat membahayakan kesehatan. Dengan menghilangkan reaksi-reaksi biokimia
di dalam saluran/pipa, mikroorganisme pathogen tidak mudah berkembang biak dan
bila diminum air akan menghilangkan dahaga, parameter suhu untuk air higiene
sanitasi adalah suhu udara ± 3. [4]
6
Total zat padat terlarut (Total Dissolved Solids, sering disingkat dengan TDS)
adalah ukuran zat terlarut baik organik maupun non-organik misalnya garam dan
sejenisnya yang terdapat di dalam air, yang ter-ionkan atau bentuk mikrogranula (sol
koloida) yang terperangkap. TDS digunakan sebagai petunjuk karakteristik air dan
sebagai suatu parameter agregat dari adanya pengukuran yang luas pencemaran zat
kimia. Sumber utama bagi TDS dalam penerimaan air adalah sektor pertanian dan
perumahan, pencucian, kontaminasi tanah dan berasal dari sumber polusi debit air
instalasi pengolahan limbah industri[8]. Tingginya nilai zat padat atau TDS merupakan
salah satu pertimbangan dalam menentukan kualitas air untuk digunakan pada rumah
tangga. Parameter dalam pengukuran TDS dengan syarat apabila hasilnya tidak
melebihi 1.000 mg/l. [4]
Adapun beberapa penelitian sebelumnya yang sudah mengukur kelayakan air
seperti yang dilakukan Putera and Christian 2017 yang merancang suatu alat untuk
mengukur kualitas air dengan menggunakan 3 sensor (Sensor TDS, pH dan
turbidity)[9]. Pada penelitian yang mengacu Putera and Christian 2017, peneliti ingin
mengembangkan satu sensor yang mengukur suhu sesuai dengan Peraturan Kemenkes
Nomor 407 Tahun 1990 dimana suhu merupakan salah satu variabel penting apakah
air tersebut layak untuk digunakan [10]. Penelitian ini juga akan menguji kekeruhan
menggunakan sensor photodioda dengan penambahan sensor-sensor yang lainnya agar
setiap parameter kualitas air dapat diukur dan membuat alat yang semua sensor dapat
bekerja dalam hasil yang semaksimal mungkin.
7
Alat ini dapat bekerja pada setiap lingkungan dan dapat dibawa kemana saja,
dengan kelebihan tersebut setiap lingkungan maupun personal dapat mengukur
kelayakan pada air yang mereka gunakan pada kehidupan sehari-hari. Penelitian ini
juga akan memberikan manfaat kepada Pemerintah Daerah ataupun PDAM untuk
mengukur kelayakan air minum pada daerah-daerah tertentu. Dalam rancang bangun
ini berbasis sistem Arduino Uno sebagai otak dari alat yang peneliti rancang, Arduino
Uno dipercaya dapat menunjang pembuatan sistem rancang bangun dalam ranah ini
sebagaimana sudah tersedia berbagai sensor yang sesuai dengan penelitian ini,
sehingga peneliti memutuskan untuk menentukan topik penelitian “Rancang Bangun
Sistem Pengukuran Kualiatas Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi Berbasis
Arduino Uno”.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan di atas, maka dapat diperoleh
beberapa rumusan masalah, yaitu:
1. Bagaimana merancang bangun sensor photodioda, sensor pH, sensor TDS
meter dan sensor suhu DS18B20 menjadi satu bagian sehingga
menghasilkan akurasi yang diharapkan?
2. Bagaimana hasil kalibrasi dan keakuratan alat uji sensor photodioda, sensor
pH, sensor TDS meter dan sensor suhu DS18B20?
8
3. Bagaimana analisis uji alat terhadap sampel keseluruhan dari berbagai
lokasi yang peneliti tentukan dengan parameter kekeruhan, zat padat
terlarut, pH dan suhu?
1.3. Batasan Masalah
Terdapat batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Sistem ini menggunakan sistem manual berbasis Arduino Uno sebagai unit
pengendali dan menggunakan LCD sebagai display.
2. Untuk mendeteksi jumlah padatan terlarut di dalam air menggunakan
Gravity Analog TDS Sensor: SKU:SEN0244 dengan range sensor 0-1000
ppm.
3. Untuk mendeteksi tingkat keasaman (pH) di dalam air menggunakan
Analog pH Sensor: PH-4502C dengan response time ± 3 menit.
4. Untuk mengukur kekeruhan pada air menggunakan Sensor Photodioda:
Silicon.
5. Untuk mendeteksi suhu di dalam air menggunakan Sensor Suhu DS18B20
waterproof dengan Akurasi ±0.5° 𝐶 sampai -10° 𝐶.
6. Air yang digunakan ialah air untuk keperluan higiene sanitasi dengan
parameter yang diukur adalah kadar padatan terlarut, keasaman, kekeruhan
dan suhu.
9
1.4. Tujuan Penelitian
Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut :
1. Merancang bangun sebuah alat untuk menguji kualitas air berdasarkan
standar kualitas air bersih dengan parameter kekeruhan, keasaman (pH),
suhu dan zat padat terlarut.
2. Mengetahui nilai kalibrasi dan keakuratan dari alat uji masing-masing
sensor photodioda, pH, TDS dan suhu.
3. Menganalisis hasil uji kualitas air secara keseluruhan dari beberapa sampel
yang peneliti tentukan.
1.5. Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai
proses pembuatan rancang bangun alat pengukur kualitas air menggunakan sensor
photodioda, sensor pH dan sensor TDS meter dalam satu prototype. Alat ini diharapkan
dapat bekerja pada setiap lingkungan dan dapat dibawa kemana saja, dengan hal itu
setiap lingkungan dapat melihat kualitas air pada daerah-daerah tertentu dan nantinya
juga akan memberikan manfaat seperti PDAM maupun personal untuk mengukur
kelayakan pada air yang mereka gunakan pada kehidupan sehari-hari. Disisi lain dapat
mengetahui karakterisasi statik dari sensor photodioda, sensor pH, sensor suhu dan
sensor TDS meter berbasis arduino uno.
10
1.6. Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran ringkasan pada penyusunan skripsi ini, penulis
akan menyajikan dalam bentuk sistematika skripsi yang berisi lima bab dengan uraian
sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang dari penelitian ini, kemudian
perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, hingga
sistematika penelitian.
BAB II DASAR TEORI
Pada bab ini berisi teori tentang penelitian sensor photodioda, sensor pH, sensor
suhu sensor TDS meter dan komponen pendukung lainnya, adapun informasi yang
didapat nantinya akan menjadi acuan pada saat penelitian berlangsung.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini berisi tentang langkah-langkah penelitian, waktu dan tempat
penelitian, alat dan bahan yang digunakan, tahapan peneltian, sampai dengan
perancangan dan metode analisis.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini menyajikan hasil penelitian berupa hasil perancangan pada
perangkat keras (hardware), maupun perangkat lunak (software) yang digunakan,
11
selanjutnya akan menampilkan hasil pengujian yang telah dilakukan, serta pembahasan
mengenai hasil perancangan tersebut.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian yang telah
dilakukan, dan memberikan saran untuk penelitian selanjutnya agar lebih baik lagi.
12
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Air Higiene Sanitasi
Air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang sangat penting dalam
kehidupan makluk hidup di bumi. Air digunakan untuk proses metabolism bagi
makluk hidup. Pada manusia, fungsi air sebagai keperluan industri, pertanian,
transportasi, dll. Di bumi ini ada tiga sumber air yaitu air tanah, air permukaan dan
air hujan. Air tanah ialah air yang berada di dalam lapisan tanah dengan kedalaman
berbeda-beda, air tanah biasanya dimanfaatkan manusia untuk kebutuhan hidup,
misalnya didapatkan melalui sumur atau melalui pompa air. Air permukaan
merupakan air yang berada di atas permukaan tanah, baik dalam kondisi mengalir
maupun diam dan tidak dapat terserap karena lapisan tanah yang sangat rapat
sehingga sulit ditembus air seperti yang terdapat pada mata air, sungai danau, lahan
basah, atau laut. Sedangkan, air hujan adalah air angkasa yang jatuh kepermukaan
bumi. Dalam entitasnya tidak semua sumber air tadi dapat dipergunakan untuk
memenuhi kebutuhan kita karena dalam memenuhi kebutuhan hidup kita air harus
memenuhi beberapa faktor seperti secara kimia, fisika, bakteriologi maupun
radioaktif. [3]
Standar baku mutu kesehatan lingkungan untuk air higiene sanitasi meliputi
beberapa parameter fisik, biologi dan kimia yang bisa berupa parameter wajib dan
parameter tambahan. Parameter wajib ialah parameter yang wajib diperiksa secara
berkala sesuai dengan peraturan perundang-undangan, sedangkan untuk parameter
tambahan hanya diharuskan untuk diperiksa apabila kondisi geohidrologi
13
mengisyaratkan adanya potensi pencemaran berkaitan dengan parameter tambahan.
Air untuk keperluan higiene sanitasi tersebut digunakan untuk beberapa hal, untuk
pemeliharaan kebersihan perorangan seperti mandi dan sikat gigi. Air juga untuk
keperluan mencuci bahan pangan, peralatan makan dan mencuci pakaian. Selain itu
air untuk higiene sanitasi dapat digunakan sebagai air baku air minum. [4]
Berdasarkan yang ditetapkan dalam Peraturan Pemerintah Nomor 66 Tahun
2014 tentang kesehatan Lingkungan, kualitas lingkungan yang sehat ditentukan
melalui pencapaian atau pemenuhan Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan
dan Persyaratan Kesehatan. Air ialah salah satu media lingkungan dan persyaratan
kesehatan. [4]
Pada Peraturan Menteri Kesehatan RI nomor 32 tahun 2017 Bab II tentang
standar baku mutu kesehatan lingkungan poin A untuk keperluan higiene sanitasi.
Standar baku mutu kesehatan lingkungan untuk air higiene sanitasi meliputi
beberapa parameter fisik, biologi dan kimia. Air uuntuk keperluan higiene sanitasi
tersebut digunakan untuk beberapa hal, untuk pemeliharaan kebersihan perorangan
seperti mandi dan sikat gigi. Air juga untuk keperluan mencuci bahan pangan,
peralatan makan dan mencuci pakaian. Selain itu air untuk higiene sanitasi dapat
digunakan sebagai air baku air minum. [4]
Syarat fisik air bersih harus jernih, tidak berbau dan tidak memilik rasa.
Selain itu juga suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau 25°C, dan
apabila mengalami perbedaan maka batas yang diperbolehkan ialah 25° ± 3°C.
Selain itu syarat fisik memiliki ciri sebagai berikut [10]:
14
a. Bau
Bau air bisa memberi pertunjuk akan kualitas air yang digunakan. Air yang
memiliki bau tidak akan digunakan atau bahkan tidak disukai oleh masyarakat.
b. Rasa
Air yang bersih biasanya tidak memberikan rasa atau rasanya tawar. Air yang tidak
tawar dapat disimpulkan air tersebut kehadiran berbagai zat yang dapat
membahayakan kesehatan.
c. Warna
Air sebaiknya tidak berwarna supaya untuk dapat mencegah keracunan dari zat
kimia maupun mikroorganisme yang berwarna. Warna juga bisa disebabkan adanya
zat taannin dan asam humat yang tercipta secara ilmiah pada air rawa, berwarna
kekuningan muda yang menyerupai air urin, oleh karena itu masyarakat tidak mau
menggunakannya. Selain itu, zat organik ini bila terkena khlor dapat membentuk
senyawa yang lainnya berupa khloroform yang beracun, dan air berwarna pun dapat
berasal dari air limbah buangan industri.
d. Suhu
Suhu air sebaiknya sejuk atau tidak panas terutama agar tidak terjaduinya pelarutan
zat kimia yang ada pada saluran atau pipa yang bisa membahayakan kesehatan yang
bisa menghambat reaksi-reaksi biokimia di dalam saluran atau pipa,
mikroorganisme pathogen tidak mudah berkembak biak dan bila suhu air sejuk
dapat menghilangkan dahaga.
15
e. Jumlah zat padat terlarut
Jumlah Zat Padat Terlarut (TDS) biasanya terdiri dari zat organik, garam anorganik
dan gas terlarut. Bila TDS bertambah maka keadaan akan naik disetiap keadaan
tertentu.
f. Kekeruhan
Kekeruhan air disebabkan oleh zat padat yang tersuspensi, baik yang memiliki sifat
anorganik maupun yang organik. Zat organik, biasanya berasal dari lapukan
lapukan batu dan logam, sedangkan yang organik dapat tercipta dari lapukan
tanaman ata hewan. Limbah pabrik industri juga merupakan sumber kekeruhan.
2.2. Intensitas Cahaya
Intensitas cahaya bisa dipergunakan untuk menghitung atau mengukur daya
yang telah dihasilkan dari sumber cahaya pada arah tertentu per satuan sudut.
Intensitas cahaya ini bernilai konstan, kuat penerangan cahaya (iluminasi) adalah
fluks cahaya yang dikeluarkan oleh sumber cahaya suatu bidang. [11]
Tabel 2. 1 Simbol dan Satuan Cahaya [12]
Kesatuan Simbol Satuan Simbol
satuan
Kuat cahaya (intensitas cahaya)
I Lilin (candela, candlepower) cd
Arus cahaya,yaitu jumlah
banyak cahaya (Q) per satuan waktu (t):
ϕ = Q/t
ϕ
Lumen
lm
Arus cahaya yang datang per-
satuan luas permukaan E = Q/A
E Lux lx
Arus cahaya yang pergi per-
satuan luas permukaan IL =
I/A
IL cd/m² cd/m²
16
2.3. LED (Light Emitting Diode)
LED (Light Emitting Diode) sebuah komponen yang dapat menghasilkan
keluaran cahaya. Struktur LED sama halnya dengan diode, tetapi perbedaan di
dapatkan bahwa electron yang melalui sambungan P-N dapat melepaskan energi
panas serta energi cahaya. LED terbentuk supaya lebih mudah jika menghasilkan
cahaya. Untuk mendapatkan energi cahaya terhadap semikonduktor, doping yang
digunakan adalah gallium, arsenic serta phosphorus. Doping yang berbeda
membuat warna cahaya yang diciptakan berbeda juga. Saat ini, warna yang sering
digunakan adalah warna LED yang mengeluarkan cahaya merah, kuning dan hijau.
Dan warna yang dibutuhkan untuk komponen alat ini menggunakan LED berwarna
biru untuk menyesuaikan ke warna sampel (air).[13]
Pada umumnya semua warna cahaya dapat dihasilkan, tapi akan tidak
efisien dan mahal. Dalam menentukan LED, selain warna cahaya yang dihasilkan
perlu dilihat juga adalah tegangan, arus maksimum yang bekerja dan dispasi daya
dari LED-nya. Chasing LED mempunyai bentuk yang beragam-ragam jenisnya,
ada yang berbentuk segi empat, bulat seperti bola dan juga berbentuk lonjong yang
biasa dipakai pada umumnya. [14]
Gambar 2. 1 Bagian-bagian LED [15]
17
2.4. Kekeruhan
Air yang berwarna keruh merupakan ciri air yang tidak sehat. Kekeruhan
merupakan sifat optik yang ditentukan adanya cahaya yang diserap dan
terpancarkan oleh larutan yang terdapat dalam air. Air yang dikatakan keruh karena
air tersebut terdapat berlebihnya larutan partikel bahan yang tersuspensi, sehingga
memberikan warna atau rupa yang terdapat berlumpur dan kotor. Air keruh yang
tidak tembus pandang atau bahkan dengan cahaya sekalipun menyatakan bahwa air
tersebut mempunyai tingkat kekeruhan yang sangat tinggi sedangkan air yang
tembus pandang mempunyai kekeruhan yang sangat rendah. Bahan-bahan yang
menyebabkan kekeruhan ini antara lain tanah liat, lumpur, pasir halus dan bahan-
bahan organik. [7]
Padatan tersuspensi berkolerasi positif dengan kekeruhan. Semakin tinggi
nilai padatan tersuspensi, semakin tinggi nilai kekeruhan. Akan tetapi, tingginya
TDS (Total Dissolved Solids) tidak selalu diikuti dengan tingginya kekeruhan.
Besarnya nilai kekeruhan memperngaruhi dan mempersulit usaha penyaringan
dalam mengurangi efektivitas desinfeksi pada proses penjernihan air. [16]
2.5. Sensor Photodioda
Photodioda merupakan jenis dioda atau dioda foto yang memiliki resistansi
yang bisa berubah-ubah akkibat terpaparnya sinar cahaya yang terkirimkan atau
ditransmitter oleh LED (Light Emitting Diode). Resistansi oleh photodioda
menerima intensitas cahaya yang diterima, semakin besar dan banyaknya cahaya
yang diterima maka semakin kecil resistansi yang didapatkan dari photodioda dan
begitu juga sebaliknya jika semakin kecil atau rendah intensitas cahaya yang
18
diterima oleh sensor photodioda maka juga semakin besar nilai resistansi yang di
dapat. [17]
Gambar 2. 2 Photodioda
Pada umumnya sensor photodioda sama seperti sensor LDR (Light
Dependent Resistor), yaitu memindahkan besaran cahaya yang diterima sensor
menjadi perubahan konduktansi. Photodioda terdiri dari bahan semikonduktor.
Photodioda yang digunakan pada rangkaian elektronika ialah photodioda dengan
bahan silicon (Si) dan gallium arsenide (GaAs), dsb. Termasuk juga indium
antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide
(PBS). [18]
2.6. Lambert Beer
Hukum Lambert-Beer (Beer’s law) adalah hubungan linearitas antara
absorban dengan konsentrasi larutan analit [19]. Menurut hukum Lambert, serapan
(A) berbanding lurus dengan ketebalan lapisan (b) yang disinari. Lambert (1760)
pun menyelidiki hubungan antara intensitas cahaya yang bermula sebelum
melewati sampel (Io) dan intensitas cahaya yang ditrasmisikan ketika melewati
sampel (l) terhadap tebal media. Disamping itu, Beer (1852) merberikan pendapat
19
tentang suatu hukum yang menjukkan terkaitan hubungan antara I dan Io terhadap
kepekatan (c). Gabungan dari kedua hukum ini dikenal sebagai hukum Lambert-
beer yang menyatakan: ”Bila suatu cahaya monokromator melalui suatu media
yang transparan, maka bertambah atau turunnya intensitas cahaya yang di teruskan
sebanding dengan ketebalan dan kepekatan media”.[20].
𝐴 = 𝜀 𝑏 𝑐 (1.2)
A : Absorbansi
b : panjang lintasan (cm)
ℰ : absortivitas /tetapan serapan (L/mol cm)
c : konsentrasi dari zat yang mengabsorpsi (mol/L)
Nilai suatu absorbansi dan absortivitas akan tergantung pada panjang
gelombang. Jika I adalah intensitas cahaya setelah melewati sampel dan Io adalah
besarnya intensitas cahaya yang terdeteksi pada saat konsentrasi dari bahan yang
menyerap bernilai nol, fraksi cahaya yang ditrasmisikan (T) dirumuskan sebagai
[21]:
𝑇 = 𝐼
𝐼𝑜= 10−𝐴 = 10−𝜀𝑏𝑐 (2.2)
Nilai absorbansi (A) dirumuskan dengan:
𝐴 = −𝑙𝑜𝑔10𝑇 = 𝑙𝑜𝑔10 𝐼𝑜
𝐼 (3.2)
20
Persamaan untuk menghitung transmitansi (T):
𝑇 = 𝐼
𝐼𝑜𝑥100%
(4.2)
Absorbance (A) = Jumlah Intensitas Cahaya yang Terserap
Transmittance = Jumlah Intensitas Cahaya yang Menembus
I = Intensitas Cahaya Akhir
Io = Intensitas Cahaya awal
Gambar 2. 3 Hukum Lambert Beer [22]
2.7. Hukum Ohm
Pada tahun abad ke 18 hingga abad ke 19 (1787-1854 M) seorang fisikawan
yang bernama George Simon Ohm mengungkapkan bahwa hubungan antara arus
listrik (I) yang mengaliri suatu rangkaian dengan tegangan yang telah terpasang di
dalam rangkaian (V). Hubungan antara tegangan dan arus listrik didapatkan dari
eksperimen yang dikenal dengan Hukum Ohm [23].
21
Hukum Ohm menyatakan ”untuk suatu konduktor pada suhu tidak berubah,
perbandingan antara perbedaan potensial ΔV antara dua titik dari konduktor dengan
arus listrik (I) yang mengaliri lewat konduktor tersebut adalah tetap.” atau ”Arus
yang bergerak pada kawat sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik
dengan tegangan yang berada dalam rangkaian tersebut”.[24].
𝑉 = 𝐼 𝑥 𝑅 (5.2)
Keterangan:
V : Tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
R : Hambatan (Ohm)
2.8. Sensor pH Meter
pH adalah istilah yang sering digunakan sebagai intensitas keadaan larutan
asam ataupun basa dan juga menyatakan konsentrasi ion 𝐻+. Dalam penggunaan
kualitas air, pH merupakan salah satu faktor yang akan mempengaruhi aktivitas
pengolahan yang dilakukan. Sebagai sifat keasaman dan kebasaan air yang dilihat
dengan nilai pH yang didapat, yang diartikan sebagai logaritma dari konsetrasi ion
hydrogen dalam mole perliter. Air murni pada suhu 24°C dipadukan dengan ion-
ion 𝑂𝐻− masing – masing mempunyai kandungan 10-7 mol per liternya, dengan
itu pH air murni mempunyai nilai 7 [25].
Air yang mempunyai pH di atas 7 bersifat basa dan pH di bawah 7 bersifat
asam. Nilai pH air diukur menggunakan potensiometer, yang mengukur potensi
listrik yang sudah dihidupkan dengan ion-ion 𝑂𝐻+ atau dengan benda atau bahan
22
yang dicelupkan sebagai penunjuk warna contohnya methyl orange atau
phenolphthalein [25]. Air yang baik untuk digunakan dalam keseharian sesuai
dengan Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 32 Tahun 2017 memiliki nilai pH
6,5 – 8,5 [4].
Sensor pH adalah alat yang digunakan untuk mengetahui nilai keasaaman
atau alkalinitas dari cairan. Umumnya sensor pH meter itu terdiri dari probe yang
digunakan untuk pengukuran khusus seperti elektroda yang terhubung langsung ke
dalam meteran elektronik yang mengukur dan mendapatkan nilai pH. [9]
Sensor pH yang digunakan adalah Analog pH meter Detector Sensor Probe
Modul Arduino PH-4502C. Di sinilah sensor pH meter, yang dirancang khusus
untuk kontroler Arduino dan memiliki built-in yang sederhana, mudah dan praktis
koneksi dan fitur. Ini mempunyai LED yang fungsinya menjadi indikator Power,
BNC konektor dan PH antarmuka sensor. Untuk menjalankan sensor, hanya
menghubungkan sensor pH dengan konektor BNC dan pasang antarmuka PH ke
port input analog yang terdapat di kontroler Arduino. [9]
Probe atau elektroda menjadi bagian penting dalam struktur sensor pH meter,
elektroda merupakan batang seperti struktur yang terbuat dari kaca. Pada bagian
bawah elektroda ini terdapat bohlam, bohlam tersebut bagian sensitive dari probe
yang di dalamnya berisikan sensor. [25]
23
Tabel 2. 2 Karakteristik pH elektroda [9]
Voltage (mV) pH value Voltage (mV) pH value
414,12 0,00 -414,12 14,00
356,96 1,00 -356,96 13,00
295,80 2,00 -295,80 12,00
236,64 3,00 -236,64 11,00
177,48 4,00 -177,48 10,00
118,32 5,00 -118,32 9,00
59,16 6,00 -59,16 8,00
0,00 7,00 0,00 7,00
Output dari pH elektroda milivolt dan nilai pH hubungan ditunjukkan sebagai
berikut (25°C):
1. Heating Voltage : 5 ± 0.2 V (AC DC)
2. Working Current : 5 – 10 mA
3. Concentration Range : 0 – 14 pH
4. Temperature Range : 0 – 80 °C
5. Response Time : ≤ 1 min
6. Humidity : 95 % RH (nominal humidity 65% RH)
7. Module Size : 42mm x 32mm x 20mm
8. Output : Analog voltage signal output
9. BNC Interface
10. Gain Potensiometer
11. Liquid PH 0-14 Value Detect Test Sensor Module
24
Gambar 2. 4 Sensor pH meter [26]
2.9. Sensor Suhu DS18B20
Arah perpindahan energi panas akan selalu dari benda yang panas ke benda
lebih dingin. Tidak pernah panas yang menuju dari benda dingin ke panas. Besaran
yang menyatakan suatu panas atau dinginnya suatu benda terhadap suatu ukuran
dinamakan suhu. Panas atau dinginnya suatu benda dan ruangan dapat diukur
menggunakan thermometer, yaitu: thermometer celcius, reamur dan farhrenheit.
Pada thermometer celcius air mencapai titik beku pada skala 0 dan titik didih di
skala 80. Sedangkan thermometer farhrenheit titi beku pada skala 32 dan titik didih
berada titik 212 [27].
Hubungan antara ketiga alat ukur thermometer celcius, reamur dan
fahreinheit adalah:
Tabel 2. 3 Hubungan antara Celsius, Reamur dan Fahrenheit
Celcius Reamur Fahrenheit
Celcius 4
5 𝐶
9
5 𝐶 + 32
Reamur 5
4 𝑅
9
4 𝑅 + 32
Fahrenheit 5
9(𝐹 − 32)
4
9 (𝐹 − 32)
25
Pada umumnya sensor suhu memiliki tingkat ukur yang akurasinya yang
rendah namun memakan biaya yang tinggi. Sensor suhu DS18B20 yang
mempunyai tahan air (waterproof) sangat tepat digunakan untuk mengetahui suhu
pada tempat yang sulit maupun basah. Dikarenakan output data dari sensor ini
adalah data digital, maka tidak perlu cemas terhadap degradasi data saat
menggunakan untuk jarak yang jauh sekalipun. DS18B20 ini tersedia 9 bit sampai
12 bit yang bisa dijadikan konfigurasi data [28].
Setiap sensor DS18B20 mempunyai silicon serial number yang sangat unik,
maka dari itu beberapa sensor DS18B20 dapat dipasang kedalam 1 bus, oleh karena
ini sensor dapat membaca suhu di berbagai tempat. Diliat dari datasheet sensor ini
bisa membaca suhu mencapai 125°C, akan tetapi penutup dari kabel PVC
menyarankan untuk tidak melebihi untuk penggunaan 100°C [29].
Gambar 2. 5 Sensor Suhu DS18B20
Spesifikasi dari sensor suhu DS18B20:
1. Tegangan 3.0 V – 5.5 V
2. Akurasi ±0.5° 𝐶 sampai -10° 𝐶
3. Batas temperature -55 sampai 125° 𝐶
4. Tersedia 9 – 12 bit untuk konfigurasi data
26
5. Menggunakan 1 kabel interface dan 1 digital pin untuk komunikasi
6. Data hingga 64 bit
7. Wangtu tunggu 750ms
8. Jika melebihi batas suhu ada peringatan (alarm system)
2.10. Sensor TDS Meter
TDS (Total Dissolved Solids) merupakan total larutan padat yang berada di
dalam air. Di dalam air mengandung partikel yang terlarut di dalamnya yang tidak
bisa dilihat oleh mata, dapat berupa padatan (seperti kandungan logam-logam besi,
tembaga, aluminium, dll), atau juga partikel non padatan contohnya seperti
mikroorganisme [30].
Zat padat merupakan materi pengotor setelah dipanaskan dan dikeringkan
pada suhu didih air. Materi pengotor yang tertinggal dalam proses dipanaskan pada
suhu tersebut adalah materi yang ada dalam air dan tidak dapat menguap pada suhu
titik didih. Ukuran zat padat dinyatakan pada mg/l atau g/l, persentase berat (kg zat
padat/kg larutan) dan persentase volume (dm³ zat padat/ liter larutan) TDS [30].
Jumlah dan awal materi terlarut dan tidak terlarut di dalam air ini bervariasi.
Di air minum sendiri materi zat padat berupa garam anorganik, sedikit materi
organik dan gas yang terlarut. Total zat padat yang terlarut di dalam air ini sekitar
20 hingga 1000 mg/l. Sedangkan di dalam ekosistem perairan yang dihuni oleh ikan
dapat dimaklumi tingkat TDS mencapai 1000 mg/l. Zat padat terlarut ini bisa
membunuh ikan secara langsung, membuat penyakit dan juga menurunkan
27
pertumbuhan ikan serta perubahan pola tingkah dan menurunnya reproduksi pada
ikan [31].
Zat padat yang terlarut termasuk kedalam parameter fisik dimana
konsentrasi atau jumlahnya kedalam air besih ini sudah ditetapkan dalam Peraturan
Menteri Kesehatan RI No. 37 tahun 2017 tentang standar baku mutu kesehatan
lingkungan dan persyaratan kesehatan air untuk keperluan higiene sanitasi.
Tingginya nilai zat padat atau TDS merupakan salah satu pertimbangan dalam
menentukan kualitas air untuk digunakan pada rumah tangga. Parameter dalam
pengukuran TDS dengan syarat apabila hasilnya tidak melebihi 1.000 mg/l. [4]
Masing – masing air mengandung partikel zat padat terlarut yang tidak
terlihat oleh mata, dapat berupa partikel padatan (kandungan logam-logam besi,
alumunium, tembaga, dan lain-lain) dan juga terdapat partikel non padatan seperti
mikroorganisme dan lain-lain. Salah satu untuk mengukur zat terlarut pada air ini
disebut TDS Meter. Alat ini dapat mengukur berapa zat padat yang terlarut dalam
air dalam satuan ppm (mg/l) yang nanti output-nya berupa digital. [32]
Kategori air menurut total zat padat yang terlarut di dalam air (TDS) adalah
sebagai berikut:
1. >100 ppm : air minum yang mengandung mineral
2. 10 – 100 ppm : air minum
3. 1 – 10 ppm : air murni
4. 0 ppm : aquades (air organik)
28
Sensor TDS yang digunakan adalah Gravity: Analog TDS Sensor/Meter for
Arduino pabrikan dari DFRobot. Sensor ini merupakan sensor cukup akurat
Arduino yang dipergunakan untuk mengukur zat terlarut dalam air (TDS). TDS
merupakan kandungan konsentrasi objek yang solid yang terlarut di air. Semakin
tinggi kandungan TDS nya maka semakin keruh dan banyak zat padat yang terdapat
di air, begitupun sebaliknya. Semakin rendah kandungan TDS nya maka semakin
jernih dan baik air tersebut. Dengan Analog TDS Sensor/Meter for Arduino, Anda
bisa membuat sendiri TDS meter di rumah menggunkan Arduino atau
mikrokontroler sejenis. Sensor ini mendukung input tegangan antara 3.3 – 5.5V,
serta output tegangan analog yang dihasilkan berkisar pada 0 - 2.3V. Sangat
berguna untuk di menentukan kualitas air, hidroponik, dsb. Dengan spesifikasi
seperti berikut:
1. Input Voltage : 3.3 ~ 5.5V
2. Output Voltage : 0 ~ 2.3V
3. Working Current : 3 ~ 6mA
4. TDS Measurement Range : 0 ~ 1000ppm
5. TDS Measurement Accuracy : ± 10% F.S. (25 ℃)
6. Module Size : 42 * 32mm
7. Module Interface : PH2.0-3P
8. Electrode Interface : XH2.54-2P
29
Gambar 2. 6 Sensor Analog TDS meter
2.11. LCD
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan perangkat yang fungsinya untuk
media penampil dengan menggunakan kristal cair sebagai media penampil utama.
LCD sudah sering digunakan untuk berbagai aplikasian seperti media elektronik
televisi, kalkulator atau bahkan layar komputer. [33].
Gambar 2. 7 LCD 20x4 Karakter dengan Modul I2C
LCD yang dipakai untuk media penampil ialah LCD berukuran 20x4
karakter dengan menambahkan chip module I2C fungsinya untuk mempermudah
pengguna dalam meangakses LCD dan juga untuk tidak memakai kabel terlalu
banyak nantinya di rangkaian LCD untuk menghemat pin arduino yang akan
digunakan. Dengan memakai modul I2C hanya menggunakan 4 pin arduino, pin
yang digunakan adalah pin SCL, pin SDA, pin VCC dan pin GND. [34]
30
LCD terbuat dari lapisan kombinasi organik antara lapisan kaca bening
dengan menggunakan elekhtroda tembus pandang indium oksida dalam wujud
tampilan segmen-segmen serta lapisan elektroda di lapisan belakang LCD.
Bilamana elektroda LCD dinyalakan dengan sumber tegangan dari arduino,
molekul-molekulorganik yang berda di dalam LCD dapat menyesesuaikan diri
dengan elektroda dari segmen. Lapisan LCD ini bertumpuk dan berlapis serta
memiliki polizer cahaya vertikal depan serta polizer cahaya horizontal belakang
yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang direfleksikan tersebut tidak bisa
melewati molekul yang sudah menyesuaikan diri serta segmen yag diaktifkan
terlihat menjadi lebih redup dan akan menampilkan karakter yang diinginkan [35].
Berikut ialah detail-detail untuk setiap kaki-kaki LCD 20x4 karakter untuk
menyambungkan ke board arduino:
Tabel 2. 4 Fungsi kaki dari LCD 20x4 karakter
Pin No Simbol Details
1 GND Ground
2 Vcc Supply Voltage +5V
3 Vo Contrast adjustment
4 RS 0 -> Control input, 1-> Data Input
5 R/W Read/ Write
6 E Enable
7 to 14 D0 to D7 Data
15 VB1 Backlight +5V
16 VB0 Backlight ground
Inter Integrated Circuit yang biasa disebut modul I2C merupakan standar
komunikasi serial dua arah dengan memakai dua buah prosedur yang dirangkai
khusus untuk pengontrollan IC. Secara umumnya system I2C itu terstruktur atas
31
dua saluran utama, saluran SCL (serial clock) dan saluran SDA (serial data) yang
mengangkut informasi data antara I2C dengan system pengontrolnya [36].
Instrumen yang menghubungkan dengan I2C ini bisa difungsikan sebagai
master atau slave. Master ialah instrumen yang melakukan transfer pada data
dengan membangun sinyal stop dan membangkitkan sinyal clock. Instrumen slave
adalah instrumen yang telah memiliki alamat oleh master [37].
Beberapa kondisi saat melakukan proses pengiriman data pada I2C bus,
yaitu pengiriman data hanya bisa dilakukan saat dilakukan ketika bus tidak dalam
kondisi sibuk, lalu pada saat proses pengiriman data dalam keadaan pin SDA
mencapai stabil selama pin SCL ini dalam keadaan tinggi [38].
Gambar 2. 8 Modul I2C
2.12. Analog Digital Converter
Analog To Digital Converter (ADC) merupakan mengonversikan input
analog menjadi kode-kode digital. Pada umumnya ADC dipakai sebagai
penghubung antara sensor yang terlalu banyak analog dengan sistem komputer
misalnya sensor suhu, cahaya, tekanan dan sebagainya, lalu diukur menggunakan
32
sistem digital. ADC ini mempunyai 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling
dan resolusi [39].
Kecepatan sampling pada ADC berartikan “seberapa sering sinyal analog
dapat dikonversikan ke dalam sinyal digital pada beberapa waktu tertentu”.
Kecepatan sampling pada umumnya dinyatakan ke dalam sample per second (SPS).
Resolusi ADC menyatakan “ketelitian dalam nilai konversi ADC”. Sebuah
ADC 8 bit mempunyai output 8 bit data digital, ini menerangkan sinyal input
didapatkan 255 (2𝑛 – 1) nilai terlepas. ADC 12 bit output dari data digital,
menerangkan bahwa di dalam 4096 nilai terlepas. Dari permisallan data diatas ADC
12 bit akan menyalurkan tingkat akurasi pada nilai hasil konversi lebih baik
daripada ADC 8 bit [40].
2.13. Arduino Uno
Arduino Uno ialah sebuah platform elektronika open source yang
berdasarkan fleksibilitas mudah digunakan untuk sistem kendali. Alat ini
ditunjukan untuk seniman, desainer dan orang yang tertrik untuk menciptakan ide
atau inovasi terbaik dalam objek yang interaktif. Arduino Uno sangat mudah
digunakan tanpa konfigurasi apapun, Arduino Uno sudah dapat langsung digunakan
dengan menyambungkan ke sebuah daya atau computer melalui kabel USB juga
akan mengalirkan arus DC sebesar 5 volt untuk Arduino.[41]
Arduino Uno merupakan mikrokontroler berbentuk board yang menjadi
dasar ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin digital/output (6 pin di antaranya
dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog, terdapat osilator Kristal
33
16 MHz, koneksi USB untuk menghubungkan ke PC/Laptop, terdapat juga power
jack, ICSP header serta tombol reset. Arduino Uno mengandung semua yang
diperlukan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkan ke perangkat
seperti PC/Laptop dengan kabel USB atau mempersiapkan dengan adaptor AC ke
DC atau juga dapat memakai baterai untuk menjalankan Arduino Uno. Persetiap 14
pin digital dari Arduino Uno bisa digunakan untuk input dan output,
mengaplikasikan fungsi pinMode(), digitalWrite() serta digitalRead().
Pengaplikasiannya semua fungsi pada tegangan 5 Volt. Masing-masing pin bisa
memberikan dan menerima suatu arus maksimum 40 mA serta memiliki sebuah
resistor pull-up (terpisah secara default) berkisar 20-50 kOhm [42].
Gambar 2. 9 Arduino Uno
34
Tabel 2. 5 Karakteristik Arduino Uno [43]
Microkontroler ATMega328p
Tegangan Operasi 5V
Tegangan Input (disarankan) 7-12 V
Tegangan Input (batas) 6-20 V
Pin I/O 14 (6 output PWM)
PWM Digital I/O 6
Pin Input Analog 6
Arus DC Pin I/O 20 Ma
Arus DC 3,3 V 50 Ma
Memori Flash 32 KB (Atmega328p)
0,5 KB bootloader
SRAM 2 KB (Atmega328p)
EEPROM 1 KB (Atmega328p)
Kecepatan 16 MHz
LED_BUILTIN 13
Panjang 68,6 mm
Lebar 53,4 mm
Berat 25 g
Arduino Uno bisa diprogram dengan menggunakan software yang tersedia
free dan dapat di download di web official arduino serta dapat digunakan bagi
bermacam platform sistem operasi komputer seperti Mac, Windows serta Linux. Di
board Arduino Uno terdapat ATMega328 yang bertujuan untuk kita tidak perlu lagi
memasukkan file baru kedalam ATMega328 supaya bisa memakai program
hardware eksternal [44].
Bahasa pemograman arduino pada umunya menggunakan Bahasa
pemograman C/C++ dan terhubung dengan AVR Libc dan terhubung menggunakan
fungsi yang sudah ada pada AVR Libc [45].
35
Gambar 2. 10 Arduino IDE
36
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian “Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kualitas Air Untuk Keperluan
Higiene Sanitasi Berbasis Arduino Uno” ini mulai dilaksanakan selama bulan terhitung
dari September 2020 – Februari 2021, yang bertempat di Laboratorium Fisika, Pusat
Laboratorium Terpadu Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta, Ir. H.
Juanda No.95, Ciputat, Cempaka Putih, Kota Tangerang Selatan, 15412.
3.2. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Tabel 3. 1 Tabel Alat dan Bahan
No Alat dan Bahan Jumlah No Alat dan Bahan Jumlah
1 Laptop 1 Unit 10 Module I2C 1 Buah
2 Arduino UNO 1 Buah 11 Papan PCB 1 Buah
3 Silicon PIN Photodioda DIP-2 1 Buah 12 Cuvette Kaca 1 Buah
4 LED Biru 1 Buah 13 Kabel Jumper Secukupnya
5 Analog TDS Sensor Meter 1 Buah 14 Arduino IDE 1 Buah
6 Sensor pH (PH-4502C) 1 Buah 15 Fritzing 1 Buah
7 Sensor Suhu DS18B20 1 Buah 16 Push Button Switch 5 Buah
8 Resistor 4K7 2 Buah 17 Header Female Secukupnya
9 LCD 20x4 1 Buah 18 Sensor Shield Arduino 1 Buah
37
3.3. Tahap Penelitian
Tahap penelitian ini terdiri dari tahap persiapan, perancangan perangkat keras
(hardware), perancangan perangkat lunak (software), kalibrasi dan uji keakuratan
masing-masing sensor, pengujian alat, analisa data dan kesimpulan. Adapun tahapan-
tahapan keseluruhan dapat diliat dari gambar berikut ini:
Gambar 3. 1 Tahap Penelitian
38
3.3.1. Alur Penelitian
Adapun penjelasan tahap dan alur penelitian yang dilakukan sebagai berikut:
1. Tahapan Persiapan
Pada tahapan persiapan ini, peneliti melakukan studi literatur dengan
mencari teori atau landasan berfikir dari beberapa buku, jurnal ilmiah dan tugas
akhir yang sejenis atau topik serta masalah penelitian yang dilakukan.
2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Pada tahapan perancangan hardware, dilakukan penggabungan antara
komponen-komponen perangkat keras seperti sensor photodioda, LED, cuvette
kaca, sensor pH, sensor TDS, sensor suhu DS18B20, LCD, Arduino Uno, kabel
jumper, box. Sehingga dapat berfungsi dalam mendeteksi dan menampilkan
hasil pengukuran air untuk keperluan higiene sanitasi.
3. Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Pada tahapan perancangan software, dilakukan pembuatan sebuah program
pada Arduino IDE agar perangkat keras dapat berfungsi dalam mendeteksi dan
menampilkan hasil pengujian seperti yang diinginkan.
39
4. Kalibrasi dan Uji Keakuratan Masing-masing Sensor
Kalibrasi dan Uji Keakuratan Masing-masing Sensor (photodioda, pH, TDS
dan suhu) berfungsi untuk menganalis karakter sensor dan keakuratan sensor
yang digunakan. Dengan mengkalibrasi dan uji keakuratan dengan alat yang
sudah diproduksi oleh pabrik.
5. Pengujian Alat
Tahapan pengujian alat untuk mengetahui kinerja hasil rancang bangun
yang dapat bekerja dengan beberapa sampel yang dipilih dari berbagai lokasi.
6. Kesimpulan
Pada tahapan akhir ini, dilakukan penarikan kesimpulan setelah
mendapatkan beberapa hasil untuk pembuatan rancang bangun, kalibrasi dan
uji keakuratan serta uji alat secara keseluruhan.
3.3.2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Pada proses perancangan perangkat keras menggunakan beberapa komponen
perangkat keras yang akan saling terhubung untuk dapat berjalan dengan baik, yaitu
mengunakan Arduino UNO untuk menjalankan proses pada pembacaan sensor
photodioda, sensor TDS, sensor pH dan sensor suhu untuk menguji kualitas air.
Memakai push button switch untuk membaca sensor photodioda dan pembacaan empat
sensor sekaligus (sensor photodioda, sensor pH, sensor TDS dan juga sensor suhu),
40
kemudian menggunakan LCD 20x4 untuk memberikan data digital pada layar LCD.
Masing-masing mempunyai rangkaian sebelum disatukan semua komponen menjadi
satu alat, berikut masing-masing rangkaian dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3. 2 Rangkaian Sensor Photodioda [46]
Pada Gambar 3.2 adalah rangkaian sensor photodioda dimana kaki photodioda
minus dikoneksikan ke ground pada arduino uno, sedangkan kaki positif di koneksikan
ke resistor yang mempunyai hambatan 4700 ohm dan dari kaki resistor dikoneksikan
pada arduino uno tengangan input 5 volt dan Analog 0 (A0). Dari rangkaian ini
didapatkan pembacaan untuk penyerapan cahaya berupa volt.
Gambar 3. 3 Rangkaian Sensor Analog TDS Meter [46]
41
Pada Gambar 3.3 adalah rangkaian sensor analog TDS Meter, di dalam modul
sensor analog TDS meter terdapat tiga koneksi yaitu minus, positif dan analog yang
dimana akan di koneksikan ke board arduino uno. Setelah rangkaian tersebut
didapatkan pembacaan nilai TDS berupa ppm.
Gambar 3. 4 Rangkaian Sensor pH Meter [46]
Pada Gambar 3.4 adalah rangkaian sensor pH Meter, di dalam modul sensor Ph
meter terdapat tiga koneksi yaitu minus, positif dan analog yang dimana akan di
koneksikan ke board arduino uno. Setelah rangkaian tersebut didapatkan pembacaan
nilai keasaman berupa pH.
42
Gambar 3. 5 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 [46]
Pada Gambar 3.5 adalah rangkaian suhu DS18B20 dimana terdapat tiga kaki
dalam komponen probe sensor, kabel berwarna hitam berartikan kaki tersebut akan
dikoneksikan ke ground arduino uno, kabel berwarna putih dikoneksikan ke kaki
digital 2 serta resistor yang mempunyai hambatan 4700 ohm yang juga dikoneksikan
ke tegangan input 5 volt dan kabel berwarna merah langsug dikoneksikan ke resistor
dan juga tegangan input 5 volt. Setelah rangkaian ini didapatkan pembacaan nilai suhu
berupa celcius dan farhrenheit.
43
Gambar 3. 6 Rangkaian Keseluruhan [46]
3.3.3. Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Pada proses perancangan perangkat lunak (software) menggunakan komponen
perangkat lunak yang saling terhubung untuk dapat berjalan dengan baik, maka proses
ini dapat menggunakan sebuah perangkat lunak Arduino IDE untuk membaca dan
mengendalikan komponen yang terhubung kepada mikrokontroler untuk membaca
masing-masing sensor, yaitu sensor photodioda, sensor pH, sensor TDS dan sensor
suhu. Setelah itu pembacaan display diatur dengan push button. Berikut ini adalah
proses diagram alir dari sistem kerja perangkat lunak yang dirancang untuk
menjalankan perangkat ini.
44
Gambar 3. 7 Proses Keseluruhan Kerja Sensor
45
3.4. Metode Pengambilan Data
Pada metode pengambilan data pada “Rancang Bangun Sistem Pengukuran
Kualiatas Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi Berbasis Arduino Uno” ini diperoleh
dengan cara melakukan beberapa tahapan pengujian.
3.4.1. Pengujian Kalibrasi Sensor
Tahapan pertama yaitu dengan cara kalibrasi alat dengan alat keluaran pabrik,
lalu tiap-tiap sensor diatur dalam Arduino IDE untuk keluaran tegangan.
1. Regresi Linear dan Standar Deviasi
Metode Perhitungan regresi linear digunakan agar dapat memprediksi nilai
error yang terjadi jika dilakukan pengukura selanjutnya. Berikut merupakan rumus
regresi linear dan standar deviasi[9]:
𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑅𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ 𝑦 = 𝑏𝑥 + 𝑎
𝑥 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 (𝑝𝐻)
𝑦 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑠 (𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟)
𝑎 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎
𝑏 = 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖
46
𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ:
𝑎 = (∑𝑦)(∑𝑥2) − (∑𝑥)(∑𝑥𝑦)
𝑛(∑𝑥2) − (∑𝑥)2
(1.3)
𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ:
𝑏 = 𝑛(∑𝑥𝑦) − (∑𝑥)(∑𝑦)
𝑛(∑𝑥2) − (∑𝑥)2
(2.3)
𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖:
𝑠 = √𝑛∑𝑖=1
𝑛 𝑥12 − (∑𝑖=1
𝑛 𝑥1)²
𝑛(𝑛 − 1) (3.3)
𝑠 = 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖 (𝑠𝑖𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢)
𝑥𝑖 = 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑥 𝑘𝑒 − 𝑖
𝑛 = 𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙
47
2. Rata-rata
Rata-rata adalah nilai atau hasil pembagian dari jumlah data yang diambil atau
diukur dengan banyaknya pengambilan data atau banyaknya pengukuran.
(��) = ∑𝑋𝑖
𝑛 (4.3)
�� = 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟
∑𝑋𝑖 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟
𝑛 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑑𝑎𝑡𝑎
3.4.2. Pengujian Keakuratan Sensor
Setelah mendapatkan regresi linear masuk ke tahapan kedua. Tahapan kedua,
yaitu pengujian keakuratan tiap-tiap sensor dengan beberapa sampel pilihan masing-
masing-masing sensor. Menghitung paramater kesalahan untuk mendapatkan nilai
akurasi sensor dengan rumus sebagai berikut[47]:
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = | 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 |
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 𝑥 100
(5.3)
48
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dan pembahasan akan diuraikan tentang hasil kinerja setiap sensor (sensor
photodioda, sensor pH, sensor TDS dan sensor suhu) terhadap berbagai sample air
diliat dari karekterisasi setiap sensor yang digunakan. Adapun hasil dan pembahasan
karakterisasi setiap sensor terhadap sample dari berbagai air akan dijelaskan lebih
detail dalam sub bab di bawah ini.
4.1. Hasil Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kualitas Air
Hasil Rancang Bangun Hardware
Telah berhasil dibuat sistem pengukuran kualitas air dengan menggunakan
empat buah sensor untuk melakukan proses pembacaan, yaitu sensor photodioda,
sensor pH, sensor DS18B20 dan sensor TDS. Dengan tambahan beberapa push button
dan LCD 20x4. Seperti yang ditunjukan dalam gambar 4.1 di bawah ini :
Gambar 4. 1 Hasil Rancang Bangun Tampak Luar
49
Gambar 4. 2 Hasil Rancang Bangun Tampak Dalam
Prinsip kerja dari sistem pengukuran kualitas air adalah sudah menyiapkan
berbagai sampel atau bahan uji, sensor photodioda dengan menangkap cahaya dari led
berwarna biru dengan melewati cuvette kaca bening yang telah berisi air uji yang
sinarnya di tangkap oleh sensor dengan tujuan untuk mengetahui tingkat kekeruhan air
uji, sensor pH dengan memasukkan probe sensor ke dalam air uji dengan tujuan untuk
mengukur kadar keasaman pada air uji, sensor suhu dengan memasukkan probe sensor
ke dalam air uji dengan tujuan untuk mengukur suhu pada air uji, terakhir sensor TDS
dengan memasukkan probe TDS dan probe suhu ke dalam air uji secara bersamaan
dengan tujuan untuk mengukur zat padat yang terlarut di dalam air uji.
Hasil Rancang Bangun Software
Perancangan software berfungsi sebagai perintah untuk menentukan kerja dari
masing-masing sensor. Ada lima proses yang terdapat dalam progam ini, yaitu:
50
Pertama; proses pembacaan push button untuk membuat submenu di layar LCD
20x4. Kedua; proses pembacaan pada sensor TDS. Sensor TDS dilakukan kalibrasi
terlebih dahulu untuk menentukan tingkat akurasi yang sesuai dengan alat ukur yang
ada. Ketiga; proses pembacaan pada sensor pH. Sensor pH dilakukan kalibrasi
terlebih dahulu untuk menentukan tingkat akurasi yang sesuai dengan alat ukur yang
ada. Keempat; proses pembacaan pada sensor photodioda untuk menerima keluaran
cahaya yang didapatkan sensor untuk menjadi acuan membuat tingkat kekeruhan.
Kelima; proses pembacaan sensor suhu untuk probe suhu dapat mengukur suhu
dalam air.
4.2. Hasil Uji Kalibrasi dan Keakuratan Sensor
Setelah berhasil merancang bangun sistem pengukuran kualitas air, selanjutnya
melakukan proses uji kalibrasi dan karakterisasi sensor terhadap sampel yang telah
disiapkan peneliti. Uji tahapan kalibrasi dan karakterisasi sensor ini dengan
menggunakan alat ukur keluaran pabrik terkhusus untuk sensor pH, TDS dan suhu.
4.2.1. Pengujian Keakuratan Sensor Photodioda
Dengan menggunakan sensor photodioda, peneliti tidak melakukan kalibrasi
dikarenakan keterbatasan dengan status pandemi Covid-19 yang mewajibkan sensor
photodioda untuk dikalibrasi oleh alat Turbidity Meter yang berada di PDAM, oleh
karena itu peneliti untuk menentukan pengukuran kekeruhan peneliti membuat tingkat
kekeruhan berdasarkan nilai Analog to Digital Converter (ADC) dari sensor
51
photodioda. Sistem pengujian dirancang dengan membuat sebuah ruang tabung dengan
peneliti membuat wadah uji menggunakan limbah kaca. Dengan pmenggunakan
sumber cahaya dari led dengan tegangan input sebesar 5 volt yang mengalir pada sensor
photodioda. Tabung tersebut berwarna hitam dan di lakukan diruang terbuka. Serta
diharapkan agar kondisi lingkungan untuk setiap pengukuran selalu sama. Berikut
merupakan hasil pengukuran yang dilakukan dengan membuat beberapa case untuk
ketentuan:
Tabel 4. 1 Tingkat Kekeruhan berdasarkan nilai ADC
No Tingkat Kekeruhan Nilai adc
1. Bening >155
2. Sedikit Keruh >120
3. Lumayan Keruh >90
4. Keruh >50
5. Sangat Keruh >5
Berdasarkan pada tabel 4.1 tingkat kekeruhan untuk bening didapatkan jika
nilai adc lebih dari 155, untuk sedikit keruh jika nilai adc lebih dari 120, untuk lumayan
keruh nilai adc lebih dari 90, untuk keruh nilai adc lebih dari 50 dan untuk sangat keruh
nilai adc lebih dari 5.
52
Gambar 4. 3 Sampel Uji dan Tampilan Display
4.2.2. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor pH
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui respon terhadap sensor pH terhadap
perubahan pH pada air. Respon dari sensor yang diketahui adalah nilai tegangan sensor
terhadap pH. Sensor pH dihubungkan dengan Arduino Uno untuk menampilkan nilai
analog dan tegangan dari sensor melalui serial monitor yang terdapat pada Arduino
IDE. Sedangkan aalat ukur yang dipakai untuk mengetahui nilai pH dalam air adalah
pH meter keluaran pabrik berjenis PH-009(I)A. Dalam pengujiannya terdapat 9 jenis
sampel yang berbeda-beda. Cairain tersebut ialah terdiri dari larutan asam
menggunakan phosphoric acid dan larutan basanya menggunakan NaOH, kemudian
sampel diukur menggunakan alat pH jenis PH-009(I)A.
53
Gambar 4. 4 pH Meter dan Cairan Pengujian
Adapun hasil kalibrasi sebagai berikut:
Tabel 4. 2 Tegangan pH meter dan Sensor pH
pH air (pH) Tegangan Sensor (volt)
2,1 3,46
3,1 3,26
4,01 3,03
5,2 2,97
7,15 2,85
9,37 2,26
9,75 2,13
10,26 2,02
10,9 1,91
Setelah mendapatkan data pengukuran, dilakukan analisis regresi linear agar
mendapatkan grafik hubungan terhadap voltase dari pH. Kemudian, memasukkan nilai
pH dan tegangan sensor sehingga mendapatkan y = -0,16967x + 3,820237. Sehingga
mendapatkan grafik tabel seperti di bawah ini:
54
Gambar 4. 5 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan pH Meter
Dari hasil pengujian hubungan tegangan sensor dan pH meter pada gambar,
maka dapat disimpulkan bahwa semakin bertambahnya pH pada sampel maka nilai
tegangan yang terbaca oleh sensor apabila pH menunjukan asam, tegangan akan
semakin bertambah. Begitu sebaliknya jika pH menjukan basa maka tegangan akan
semakin berkurang. Adapun nilai regresi linear yang didapat dari kalibrasi sensor pH
sebesar y = -0,16967x + 3,820237, dimana y adalah tegangan sensor (voltage) dan x
adalah pH. Nilai regresi ini menunhukan hubungan antara pH dengan nilai tegangan
sensor (voltage). Nilai koefisien regresi linear (R²) adalah 0,9692.
Pengujian kalibrasi ini dilakukan agar dapat mengetahui tingkat keakuratan dari
sensor pH setelah mengonversi nilai tegangan sensor menjadi pH melalui hasil regresi
linear yang didapat pada pengujian karakteristik sensor. Nilai yang dihasilkan sensor
y = -0.1697x + 3.8202R² = 0.9692
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 2 4 6 8 10 12
Tega
nga
n (v
)
pH (pH)
55
akan dibandingkan dengan nilai dari pH meter keluaran pabrik. Bahan uji yang
digunakan adalah untuk cairan asamnya terbuat dari campuran aquades dicampur
phosphoric acid dan untuk basanya terbuat dari campuran aquades dan NaOH,
selanjutnya peneliti melakukan percobaan sebanyak lima kali untuk mengetahui rata-
rata sensor pH dengan durasi waktu sensor stabil ± 3 menit disetiap percobaan. Adapun
hasil pengujian sebagai berikut:
Tabel 4. 3 Hasil Kalibrasi Sensor pH
No.
Bahan
Durasi
Waktu
Stabil (menit)
Rata-rata
Sensor
(pH)
PH-
009(I)A
(pH)
Standar
Deviasi
Persentase
Kesalahan (%)
1. phosphoric acid ± 3 2,08 2,1 0,021 0,9
2. phosphoric acid ± 3 2,7 2,8 0,007 3,5
3. phosphoric acid ± 3 3,93 4,0 0,013 1,75
4. phosphoric acid ± 3 6,25 6,5 0,027 3,8
5. NaOH ± 3 7,53 7,8 0,011 3,4
6. NaoH ± 3 9,65 9,8 0,022 1,5
7. NaOH ± 3 10,1 10,4 0,176 2,7
8. NaOH ± 3 11,2 11,5 0,187 2,6
Rata-rata Standar Deviasi 0,058
Rata-rata Persentase Kesalahan 2,5
Akurasi Alat (100 % - Persentase Kesalahan) 97,5
Pada proses kalibrasi dari sensor pH, terlebih dahulu untuk menentukan jenis
sampel untuk uji, selanjutnya dilakukan pengukuran sensor dimulai dengan larutan
asam lalu ke basa dan dilakukan pengukuran menggunakan pH meter setelahnya. Hasil
dari kedelapan pengukuran cairan phosphoric acid dan NaOH yang keduanya di
tambah aquades didapatkan rata-rata persentase kesalahan sebesar 2,5% dan nilai
akurasi alat 97,5%. Rata-rata standar deviasi 0,058 seperti terlihat pada tabel 4.3.
56
Adanya persentase kesalahan ini disebabkan oleh sensitivitas sensor, pH acuan dan
konversi ADC.
4.2.3. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor TDS
Pengujian ini dilakukan untuk memahami respon sensor analog TDS meter
terhadap perubahan TDS yang terdapat di dalam air. Respon dari sensor yang dimaksud
adalah nilai tegangan sensor (voltage) terhadap TDS dengan satuan ppm. Sensor
terlebih dahulu dihubungkan dengan Arduino Uno agar dapat menampilkan nilai
analog dan tegangan sensor melalui serial monitor di dalam Arduino IDE. Dan alat
ukur yang dipakai adalah alat ukur TDS meter keluaran pabrik jenis TDS-3. Dalam
pengujiannya digunakan sampel yang berbeda-beda memamakai 3 jenis dengan nilai
yang berbeda-beda (aquades, larutan basa amoniak serta larutan asam asetat beberapa
tetes di dalam air), kemudian sampel tersebut diukur menggunakan TDS-3.
Gambar 4. 6 TDS Meter dan Cairan Pengujian
57
Adapun hasil pengujian kalibrasi sebagai berikut:
Tabel 4. 4 Tegangan TDS meter dan Sensor TDS
TDS air (ppm) Tegangan Sensor (volt)
0 0
20 0.04
68 0.18
142 0.39
197 0.52
292 0.77
322 0.85
414 1.2
500 1.53
561 1.68
Setelah mendapatkan data pengukuran dari sensor TDS, dilakukan analisis
regresi linear untuk mengetahui hubungan tegangan terhadap perubahan TDS.
Kemudian memasukkan nilai TDS dan tegangan sensor sehingga mendapatkan hasil y
= 0,003x – 0,0417. Sehingga mendapatkan grafik tabel seperti di bawah ini:
58
Gambar 4. 7 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan TDS Meter
Dari hasil pengujian hubungan tegangan sensor dan TDS meter pada gambar
4.8, maka dapat disimpulkan bahwa semakin bertambahnya TDS didalam air maka
nilai tegangan yang terbaca oleh sensor makin bertambah. Adapun nilai regresi linear
yang didapat dari kalibrasi sensor pH sebesar y = 0,003x – 0,0417. Dimana y adalah
tegangan sensor (voltage) dan x adalah TDS (ppm). Nilai regresi ini menunhukan
hubungan antara TDS dengan nilai tegangan sensor (voltage). Nilai koefisien regresi
linear (R²) adalah 0,994.
Pengujian kalibrasi ini dilakukan supaya dapat mengetahui tingkat keakuratan
dari sensor analog TDS meter setelah mengonversi nilai tegangan sensor menjadi ppm
melalui hasil regresi linear yang didapat pada pengujian karakteristik sensor. Nilai yang
dihasilkan sensor akan dibandingkan dengan nilai dari TDS meter keluaran pabrik.
y = 0.003x - 0.0417R² = 0.994
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 100 200 300 400 500 600
Tega
nga
n (v
)
TDS (ppm)
59
Bahan uji yang digunakan adalah aquades, air mineral ditambahkan larutan cuka dapur,
selanjutnya peneliti melakukan percobaan sebanyak lima kali untuk mengetahui rata-
rata sensor TDS dengan durasi waktu sensor stabil ± 5 detik disetiap percobaan
Adapun hasil pengujian sebagai berikut:
Tabel 4. 5 Hasil Kalibrasi Sensor TDS
No. Durasi Waktu
Stabil (detik) Rata-rata
Sensor (ppm) TDS-3
(ppm)
Standar
Deviasi
Persentase
Kesalahan (%)
1. ± 5 0 0 0 0
2.. ± 5 16,4 18 2,302 8,8
3. ± 5 21,4 24 2,073 10,8
4. ± 5 30,8 34 1,643 9,4
5. ± 5 39,2 45 1,303 12,8
6. ± 5 43,4 49 2,966 11,4
7. ± 5 69,2 72 0,447 3,8
8. ± 5 140,2 146 0,447 3,9
9. ± 5 206,4 208 0,547 0,7
Rata-rata Standar Deviasi 1,303
Rata-rata Persentase Kesalahan 6,8
Akurasi Alat (100 % - Persentase Kesalahan) 93,2
Pada proses uji kalibrasi dari sensor TDS, terlebih dahulu untuk mentukan jenis
sampel untuk uji, selanjutnya dilakukan pengukuran TDS meter dimulai dengan air
mineral ditambah dengan cuka dapur. Selanjutnya, dilakukan pengukuran
menggunakan sensor TDS setelahnya. Hasil dari kedelapan pengukuran cairan air
mineral ditambahkan dengan cuka dapur didapatkan rata-rata persentase kesalahan
sebesar 6,8% dan nilai akurasi alat 93,2%. Rata-rata standar deviasi 1,303 seperti
terlihat pada tabel 4.5. Adanya persentase kesalahan ini disebabkan oleh sensitivitas
sensor, TDS meter acuan, letak mineral di dalam air dan konversi ADC.
60
4.2.4. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor Suhu
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui respon terhadap sensor suhu
terhadap perubahan suhu di dalam air. Pengujian sensor suhu ini menggunakan suhu
air bermacam-macam sampel seperti air panas, air dengan suhu normal dan air dengan
suhu dingin.
Gambar 4. 8 Sampel Uji Suhu
Pada Gambar diatas peneliti membandingkan nilai suhu dari sensor DS18B20
dengan TDS meter (TDS-3) yang mempunyai pembacaan suhu pada alatnya.
Selanjutnya peneliti melakukan percobaan sebanyak lima kali untuk mengetahui rata-
rata sensor suhu dengan durasi waktu sensor stabil ± 15 detik disetiap percobaan
Adapun hasil pengujian sebagai berikut:
61
Tabel 4. 6 Hasil Kalibrasi Sensor Suhu
No. Durasi
Waktu Stabil
(detik)
Rata-rata
Sensor (suhu °C) TDS-3
(suhu °C)
Standar
Deviasi
Persentase
Kesalahan (%)
1. ± 15 26,6 28 1,140175 5,5
2.. ± 15 36,4 36 0,894427 1,1
3. ± 15 53,8 54 1,30384 0,3
4. ± 15 62,2 62 0,83666 0,3
5. ± 15 23,2 23 1,30384 0,8
6. ± 15 20,6 22 1,516575 6,3
7. ± 15 18,2 18 1,30384 1,1
8. ± 15 30,4 31 1,140175 1,9
Rata-rata Standar Deviasi 1,1799
Rata-rata Persentase Kesalahan 2,16
Akurasi Alat (100 % - Persentase Kesalahan) 97,84
Pada proses uji kalibrasi dari sensor suhu, terlebih dahulu untuk mentukan jenis
sampel untuk uji, selanjutnya dilakukan pengukuran suhu dengan TDS meter dimulai
dengan air dingin, air normal dan air panas. Selanjutnya, dilakukan pengukuran
menggunakan sensor suhu setelahnya. Hasil dari kedelapan pengukuran didapatkan
rata-rata persentase kesalahan sebesar 2,16% dan nilai akurasi alat 97,84%. Rata-rata
standar deviasi 1,1799. Adanya persentase kesalahan ini disebabkan oleh sensitivitas
sensor, TDS meter acuan, letak probe di dalam air dan konversi ADC.
4.3. Analisis Hasil Uji Alat Secara Keseluruhan Dengan Sampel
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem secara keseluruhatelah
bekerja sesuai dengan rancangan. Pengujian ini peneliti menggunakan sampel yang
sumber airnya dekat dengan rumah peneliti, beberapa sungai dan beberapa air dari
PDAM setempat.
62
4.3.1. Prosedur dan Hasil Pengujian
Adapun Masing-masing lokasi pengambilan sampel antara lain adalah sebagai
berikut:
1. Jonggol, Jawa Barat
2. Cimande, Jawa Barat
3. Cikarang, Jababeka I, Jawa Barat
4. Cikarang, Jababeka II, Jawa Barat
5. Sungai Cimande, Jawa Barat
6. Limbah Pabrik Kimia, Cikarang, Jawa Barat
Perbandingan hasil parameter TDS, kekeruhan dan pH yang didapat dengan syarat
kualitas air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Nomor: 32 tahun 2017 [4]
sebagai berikut:
63
Tabel 4. 7 Perbandingan TDS di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air Bersih
Lokasi TDS (ppm) Kadar Maksimum yang
diperbolehkan (ppm) Keterangan
1. 110 1000 Memenuhi syarat
2. 47 1000 Memenuhi syarat
3. 163 1000 Memenuhi syarat
4. 134 1000 Memenuhi syarat
5. 43 1000 Memenuhi syarat
6. 348 1000 Memenuhi syarat
Gambar 4. 9 Grafik Hasil Uji TDS
Dari hasil pengujian terlihat bahwa TDS semua sampel dari berbagai lokasi
memenuhi syarat air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Nomor 32 tahun
2017 [4] dikarenakan masih berada di bawah kadar maksimum yang diperbolehkan
(1000 ppm).
11047
163 13443
348
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 6
TDS
(pp
m)
Lokasi
TDS (ppm) Kadar Maksimum TDS (ppm)
64
Pada penelitian Tingkat Kekeruhan peneliti menggukan tingkat keruh
berdasarkan nilai masing-masing ADC yang di dapatkan pada uji keakuratan sensor
dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4. 8 Perbandingan Tingkat Keruh di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air
Bersih
Lokasi Tingkat Keruh Keterangan
1. Bening Memenuhi syarat
2. Bening Memenuhi syarat
3. Bening Memenuhi syarat
4. Bening Memenuhi syarat
5. Lumayan Keruh Tidak memenuhi syarat
6. Keruh Tidak memenuhi syarat
Dari hasil terlihat bahwa air pada lokasi lima dan enam tidak memenuhi syarat
berdasarkan tabel 4.1 yang peneliti buat setelah uji keakuratan sensor pada nilai adc
yang didapatkan.
Tabel 4. 9 Perbandingan pH dengan Syarat Kualitas Air Bersih
Lokasi pH Kadar Maksimum yang diperbolehkan Keterangan
1 6,63 6,5-8,5 Memenuhi syarat
2 7,41 6,5-8,5 Memenuhi syarat
3 6,33 6,5-8,5 Tidak memenuhi syarat
4 6,45 6,5-8,5 Tidak memenuhi syarat
5 6,37 6,5-8,5 Tidak memenuhi syarat
6 5,95 6,5-8,5 Tidak memenuhi syarat
65
Gambar 4. 10 Grafik Hasil Uji pH
Dari hasil pengujian terlihat bahwa pH air dari berbagai lokasi masih ada
beberapa lokasi yang tidak memenuhi syarat air bersih berdasarkan Peraturan Menteri
Kesehatan Nomor 32 tahun 2017 [4] dikarenakan masih berada di antara kadar
maksimum dan minimum yang diperbolehkan (6,5 – 8,5).
Tabel 4. 10 Perbandingan Suhu Dengan Syarat Kualitas Air Bersih
Lokasi Suhu dalam air (°C) Suhu Maksimum yang
diperbolehkan (°C) Keterangan
1 25,56 25 ± 3 Memenuhi syarat
2 25,25 25 ± 3 Memenuhi syarat
3 25,50 25 ± 3 Memenuhi syarat
4 25,69 25 ± 3 Memenuhi syarat
5 25,25 25 ± 3 Memenuhi syarat
6 25,31 25 ± 3 Memenuhi syarat
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 2 3 4 5 6
pH
Lokasi
pH kadar minimum kadar maksimum
66
Dari hasil pengujian terlihat Suhu di semua lokasi uji memenuhi syarat air
bersih menurut Peraturan Kemenkes Nomor 32 Tahun 2017 [4], suhu air bersih
sebaiknya sama dengan suhu udara atau 25°C, dan apabila mengalami perbedaan maka
batas yang diperbolehkan ialah 25° ± 3°C.
4.3.2. Analisis Pengujian
Tabel 4. 11 Uji Keseluruhan
Lokasi Kekeruhan TDS pH Suhu
1 Bening 110 ppm 6,63 25,56 °C
2 Bening 47 ppm 7,41 25,25 °C
3 Bening 163 ppm 6,33 25,50 °C
4 Bening 134 ppm 6,45 25,69 °C
5 Lumayan Keruh 43 ppm 6,37 25,25 °C
6 Keruh 348 ppm 5,95 25,31 °C
Dari hasil pengujian alat secara keseluruhan seperti yang terlihat pada tabel
4.10 dapat disimpulkan bahwa alat telah bekerja dalam mengukur TDS, kekeruhan, pH
dan suhu dari berbagai sampel uji. Hasil pengukuran di enam lokasi menunjukan TDS
berkisar antara 43 ppm sampai 348 ppm, kekeruhan lokasi lima dan enam tidak
memenuhi syarat, pH tertinggi ada di lokasi 2 dan terendah di lokasi 6 dan suhu
memiliki range yang sama berkisar 25°C. Dari beberapa wilayah ada parameter yang
tidak memenuhi syarat ini dikarenakan peneliti mengambil sampel uji dari berbagai
daerah yang memiliki air yang beragam ada yang lokasi nya sebagai limbah pabri dan
ada juga lokasi masih digunakan untuk mandi, cuci dan kakus. Dapat disimpulkan dari
parameter TDS semua lokasi memenuhi syarat. Untuk parameter kekeruhan lokasi lima
67
dan enam tidak memenuhi berdasarkan uji coba keakuratan sensor pada tabel 4.1.
Untuk pH lokasi yang tidak memenuhi syarat minimum pH 6,5 dan pH maksimum pH
8,5 adalah lokasi tiga, empat, lima dan enam. Dan parameter suhu semua lokasi
memenuhi syarat, suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau 25°C, dan
apabila mengalami perbedaan maka batas yang diperbolehkan ialah 25° ± 3°C. [4]
68
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan sistem pengukuran kekeruhan, kadar keasaman (pH), suhu dan
jumlah zat padat terlarut dalam air berbasis Arduino Uno, maka dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut:
1. Telah berhasil merancang dan membangun Sistem Pengukuran Kekeruhan,
Kadar Keasaman (pH), Suhu dan Jumlah Zat Padat Terlarut Dalam Air
menggunakan sensor photodioda, Analog pH Sensor PH-4502C, Sensor Suhu
DS18B20 Waterproof dan Gravity Analog TDS Sensor SKU:SEN0244.
2. Keakuratan dan kalibrasi masing-masing sensor terkhusus untuk sensor
photodioda didapatkan setelah menganalisis tingkat kekeruhan menggunakan
sensor photodioda dengan berbagai tingkatan menggunakan sumber nilai ADC
dari masing-masing tiap sampel uji yang didapatkan nilai ADC > 155
dikategori bening, nilai ADC > 120 dikategorikan sedikit keruh, nilai
ADC >90 dikategorikan lumayan keruh, nilai ADC >50 dikategorikan keruh
dan nilai ADC >5 dikategorikan sangat keruh. Sensor TDS memiliki tingkat
akurasi sebesar 93,2% dengan persentase kesalahan 6,8%, sensor pH memiliki
tingkat akursasi sebesar 97,5% dengan persentase kesalahan 2,5% dan sensor
suhu memiliki akurasi sebesar 97,84% dengan persentase kesalahan 2,16%.
69
3. Dari hasil pengujian alat secara keseluruhan didapatkan bahwa alat telah
bekerja dalam mengukur TDS, kekeruhan, pH dan suhu dari berbagai sampel
uji. Hasil pengukuran di enam lokasi menunjukan TDS berkisar antara 43 ppm
sampai 348 ppm dengan semua lokasi memenuhi parameter TDS yaitu tidak
melebihi 1000 ppm. Hasil pengukuran kekeruhan lokasi 5 dan 6 tidak
memenuhi syarat dengan parameter yang dibuat menggunakan Analog Digital
Converter (ADC). Hasil pengukuran pH hanya lokasi 1 dan 2 yang memenuhi
standar kualitas air yaitu 6,5 pH – 8,5 pH. Dan untuk hasil pengukuran suhu
semua lokasi memenuhi standar parameter air bersih yaitu suhu udara ± 3° C.
70
5.2. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dibuat, maka disarankan peneliti selanjutnya
agar dapat mengembangkan sistem pengukuran kualitas air yaitu sebagai berikut:
1. Penambahan sensor-sensor lain agar setiap parameter kualitas air dapat diukur
seperti sensor bau, warna, logam dan lain-lain
2. Menggunakan alat kalibrasi pabrik yang mempunyai sertifikat atas kalibrasian
tersebut agar nilai keakuratan sensor dapat dikurangi.
3. Menggunakan komponen tambahan untuk membuat data keluaran sensor lebih
akurat dan tidak mengalami ketidakstabilan dalam pengukuran seperti
menambahkan komponen penguat ADC ADS1115.
71
DAFTAR PUSTAKA
[1] H. Haddade, “Air Perspektif Al-Qur’an Dan Sains,” J. Tafsere, vol. 4, no. 2, p.
23, 2016.
[2] A. Renaldo, “Analisis Kualitas Air Pemandian Di Desa Ulak Bandung
Kecamatan Muara Sahung Kabupaten Kaur Provinsi Bengkulu,” UIN Raden
Intan Lampung, 2019.
[3] S. Bahri and K. Fikriyah, “Prototype Monitoring Penggunaan dan Kualitas Air
Berbasis Web Menggunakan Rasberry Pi,” eLEKTUM, vol. 15, no. 2, 2018.
[4] Menteri Kesehatan Republik Indonesia, “Peraturan Menteri Kesehatan
Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2017 Tentang Standar Baku Mutu
Kesehatan Lingkungan Dan Persyaratan Kesehatan Air Untuk Keperluan
Higiene Sanitasi, Kolam Renang, Solus Per Aqua dan Pemandian Umum,”
Peratur. Menteri Kesehat. Republik Indones., pp. 1–20, 2017.
[5] LIPI, “LIPI Menetapkan Standar Kualitas Air,” lipi.go.id, 2017.
http://lipi.go.id/lipimedia/lipi-menetapkan-standar-kualitas-air/19053 (accessed
Jan. 22, 2021).
[6] S. Gerintya, “Bagaimana Mutu dan Akses Air Bersih di Indonesia?,” tirto.id,
2018. https://tirto.id/bagaimana-mutu-dan-akses-air-bersih-di-indonesia-cGrk
(accessed Jan. 22, 2020).
[7] M. Kautsar, R. R. Isnanto, and E. D. Widianto, “Sistem Monitoring Digital
72
Penggunaan dan Kualitas Kekeruhan Air PDAM Berbasis Mikrokontroler
ATMega328 Menggunakan Sensor Aliran Air dan Sensor Fotodiode,” J.
Teknol. dan Sist. Komput., vol. 3, no. 1, pp. 79–86, 2016, doi:
10.14710/JTSISKOM.3.1.2015.79-86.
[8] T. T. Pairunan, O. Mellolo, and L. Nathaniel, “Desain Sistim Monitoring
Jumlah Zat Padat Terlarut Dalam Limbah Cairan Industri Tepung Kelapa
Provinsi Sulawesi utara,” pp. 64–70, 2019.
[9] G. A. Putera and D. Christian, “Perancangan Alat Ukur Kadar Padatan
Terlarut, Kekeruhan dan pH Air Menggunakan Arduino Uno,” Skripsi Dep.
Tek. Elektro Fak. Tek. Unhas, 2017.
[10] R. I. Depkes, “Peraturan Menteri Kesehatan RI No 416/Menkes/Per/IX/1990,”
Jakart a, 1990.
[11] W. C. Hidayat, “Audit Intensitas Cahaya dan Suhu Udara Kereta Api
Penumpang Jarak Tanjungkarang-Kertapati Sesuai Standar Pelayanan
Minimum (SPM) Angkutan Orang dan Peluang Penghematan Biaya
Pembangkitan Listrik,” 2018.
[12] P. Satwiko, “Fisika Bangunan 2,” 2004.
[13] S. Supatmi, “Dioda,” 2010.
[14] A. Fadly, “Membuat Visual Animasi Tentang Fungsi Komponen-komponen
73
Elektonika Analog dengan Menggunakan Aplikasi Uniity 3D dan After
Effect.” Politeknik Negeri Sriwijaya, 2019.
[15] Mobilefish, “Arduino,” mobilefish.com.
https://www.mobilefish.com/developer/arduino/arduino.html.
[16] Juju, “Parameter Fisika-Kimia-Biologi Penentu Kualitas Air,”
jujubandung.wordpress.com, 2012.
https://jujubandung.wordpress.com/2012/06/08/parameter-fisika-kimia-
biologi-penentu-kualitas-air-2/ (accessed Jan. 23, 2021).
[17] Y. P. Pratama, “Aplikasi Sensor Photodioda Sebagai Input Penggerak Motor
Pada Coconut Milk Auto Machine.” Politeknik Negeri Sriwijaya, 2015.
[18] M. A. Katra Trisandi, “Rancang Bangun Sistem Parkir Valet otomatis
Menggunakan Robot line Follower.” universitas islam negri alauddin
makassar, 2018.
[19] D. Dachriyanus, “Analisis Struktur Senyawa Organik Secara Spektroskopi,”
Padang Lemb. Pengemb. Teknol. Inf. dan Komun. Univ. Andalas, 2004.
[20] R. S. Khandpur, Handbook of analytical instruments. McGraw-Hill Education,
1989.
[21] W. Jefriyanto, M. M. Shein, A. Rajak, and M. Djamal, “Rancang Bangun
Kalorimeter Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno,” Bandung ITB, 2017.
74
[22] A. K. Njifenju, “Gouttes et films liquides en aérodynamique automobile.”
Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2010.
[23] H. Ponto, Dasar Teknik Listrik. Deepublish, 2018.
[24] P. A. Tipler, “Fisika untuk Sains dan Teknik edisi ketiga jilid 1,” Jakarta:
Erlangga, 2001.
[25] Z. B. Hasanuddin et al., “Perancangan pengukuran kadar kepadatan terlarut,
kekeruhan dan ph air dengan menggunakan arduino,” vol. 4, no. November,
pp. 5–9, 2018.
[26] Baboon, “pH Sensor Module V1.1 for Uno R3 board mega2560 AVR 51 pH
shield Rechargeable,” baboon.co.in, 2015. http://www.baboon.co.in/ph-sensor-
module-v1-1-for-uno-r3-board-mega2560-avr-51-ph-shield-rechargeable/
(accessed Jan. 23, 2021).
[27] T. Sugiyarto and E. Ismawati, Ilmu Pengetahuan Alam. Grasindo, 2008.
[28] F. Ramdani, “Perancangan Sistem Magnetik Stirrer Berbasis Android.”
Universitas Komputer Indonesia, 2018.
[29] S. Alam, A. Alauddin, M. A. Kadir, and E. Elihami, “Sistem Otomatis
Sirkulasi Udara Pada Tambak Udang,” Jutkel J. Telekomun. Kendali dan List.,
vol. 2, no. 1, pp. 1–10, 2020.
[30] M. Martani and E. Endarko, “Perancangan dan Pembuatan Sensor TDS Pada
75
Proses Pengendapan CaCO3 Dalam Air Dengan Metode Pelucutan Elektron
dan Medan Magnet,” Berk. Fis., vol. 17, no. 3, pp. 99–108.
[31] E. N. Sihombing, “Keanekaragaman Dan Distribusi Ikan Serta Hubungannya
Dengan Kualitas Air Danau Siais Kabupaten Tapanuli Selatan.” 2011.
[32] A. Saputra, S. T. Umifadlilah, and M. Eng, “Pengukur Kadar Keasaman dan
Kekeruhan Air Berbasis Arduino.” Universitas Muhammadiyah Surakarta,
2016.
[33] Y. Mandari and T. Pangaribowo, “Rancang Bangun Sistem Robot Penyortir
Benda Padat Berdasarkan Warna Berbasis Arduino,” J. Teknol. Elektro, vol. 7,
no. 2, 2016.
[34] B. H. Wibowo, “Rancang bangun sistem pengatur suhu dan kelembapan
otomatis pada penetas telur berbasis arduino.” Universitas 17 Agustus 1945,
2018.
[35] F. Ariska, “Rancang Bangun Alat Pendeteksi Kualitas air,” Politeknik Negeri
Sriwijaya, 2019.
[36] B. A. Laksana, “TA: Rancang Bangun Otomasi Temporary Bogie dan
Traverser pada PT. Industri Kereta Api (Persero) Berbasis Arduino Uno.”
Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya, 2017.
[37] J. H. Islam, “TA: Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gas CO, CO2 dan SO2
76
Sebagai Informasi Pencemaran Udara.” STIKOM Surabaya, 2013.
[38] T. Y. Sulistiyono, “Komparasi Sistem Komunikasi Serial Multipoint Pada
Robot Management Sampah Menggunakan I2C Dan SPI,” J. Mhs. TEUB, vol.
2, no. 3, 2014.
[39] F. W. Kurniyanto and N. F. Madina, “Purwarupa KWH Meter Digital yang
dilengkapi Data Logger sebagai Alat Bantu melakukan Audit Energi.” Institut
Technology Sepuluh Nopember, 2015.
[40] A. Mulyana and S. S. Nurdin, “Perancangan Alat Uji Kebisingan Knalpot
Sepeda Motor Berbasis Mikrokontroler PIC16F877A,” Komputika J. Sist.
Komput., vol. 1, no. 2, 2012.
[41] L. Mawaddah, “Rancang bangun automatic human blood type detector
menggunakan sensor cahaya BH1750 berdasarkan sifat optik dengan metode
ABO.” Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif
Hidayatullah …, 2020.
[42] M. S. Ramadhan, “Sistem Kontrol Tingkat Kekeruhan pada Aquarium
Menggunakan Arduino Uno.” Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2018.
[43] Components101, “Arduino Uno,” coomponents101.com, 2018.
https://components101.com/microcontrollers/arduino-uno (accessed Jan. 23,
2021).
77
[44] F. Djuandi, “Pengenalan arduino,” E-book. www. tobuku, pp. 1–24, 2011.
[45] A. A. Choir, “Rancangan dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Kendi,” Skripsi
pada Inst. Pertan. Bogor, 2012.
[46] Fritzing, “Fritzing,” fritzing.org, 2019. https://fritzing.org/.
[47] Greelane, “Ini Adalah Cara Menghitung Persen Kesalahan,” greelane.com,
2020. https://www.greelane.com/id/sains-teknologi-matematika/ilmu/how-to-
calculate-percent-error-609584/ (accessed Feb. 08, 2020).