t1_642005008_full text

16

Upload: wiwit-sumarni

Post on 13-Sep-2015

233 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

full text

TRANSCRIPT

  • bergerak di dalam zat cair tersebut. Viskositas dalam zat cair, yang

    berperan adalah gaya kohesi antar partikel zat cair. Viskositas dapat

    dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara

    molekul molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang

    mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan

    sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas

    yang tinggi.

    Viskositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan besar dan

    kecilnya tahanan dalam fluida terhadap gesekan. Fluida yang mempunyai

    viskositas rendah, misalnya air mempunyai tahanan dalam terhadap

    gesekan yang lebih kecil dibandingkan dengan fluida yang mempunyai

    viskositas yang lebih besar. Dengan sifat ini zat cair banyak digunakan

    dalam dunia otomotif yaitu sebagai pelumas mesin. Telah diketahui bahwa

    pelumas yang dibutuhkan tiap-tiap mesin berbeda-beda, sehingga sebelum

    menggunakan pelumas merek tertentu harus diperhatikan terlebih dahulu

    koefisien kekentalan pelumas sesuai atau tidak dengan tipe mesin.

    Ada banyak metode yang bisa digunakan untuk mengukur viskositas

    suatu fluida atau cairan. Salah satunya adalah dengan metode bola jatuh.

    Metode ini menggunakan sebuah bola yang dijatuhkan pada sebuah tabung

    berisi fluida yang akan diukur, kemudian dicatat waktu tempuh bola dari

    satu titik ke titik yang lain. Dengan hukum Stokes waktu tempuh bola ini

    bisa digunakan untuk menghitung nilai viskositas fluida.

    Akan tetapi penggunaan metode ini, terutama dengan peralatan

    eksperimen manual memiliki banyak kekurangan. Salah satunya yaitu

    pencatatan waktu tempuh bola yang kurang teliti. Ini menyebabkan nilai

    viskositas yang diperoleh memiliki nilai ralat yang besar atau kurang teliti.

    Untuk itu diperlukan otomatisasi untuk pencatatan waktu tempuh bola

    jatuh ini. Penggunaan sensor cahaya diharapkan bisa menjawab masalah

    ini. Selain itu juga dibutuhkan sebuah pengendali seperti mikrokontroler

    yang dapat mengendalikan sensor secara otomatis.

    Dari latar belakang tersebut di atas, maka masalah dalam penelitian

    ini adalah bagaimana merancang alat ukur viskositas yang memiliki tingkat

  • ketelitian yang tinggi dengan menggunakan sensor gerak dan

    mikrokontroler untuk memperoleh alat yang otomatis, dengan tujuan

    dapat dihasilkan sebuah alat ukur viskositas otomatis yang teliti.

    Sedangkan batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah

    Sensor yang digunakan adalah sensor cahaya LDR. Mikrokontroler yang

    digunakan adalah ATMega8535.

    2. Tinjauan Pustaka

    2.1.Hukum Stokes

    Viskositas berasal dari kata viscous. Suatu bahan apabila dipanaskan

    sebelum menjadi cair terlebih dahulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak

    dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai

    gerakan di bagian dalam (internal) fluida.

    Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental,

    misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya cukup

    dalam, nampak mula-mula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa

    saat setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak kelereng bergerak

    dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini berarti bahwa di

    samping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang

    bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah gaya gesekan yang

    disebabkan oleh kekentalan fluida.

    Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida dirumuskan

    sebagai

    rvFs 6 (1) dengan menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari-jari bola kelereng, dan v kecepatan relatif bola terhadap fluida. Persamaan (1) pertama kali

    dijabarkan oleh Sir George Stokes tahun 1845, sehingga disebut Hukum

    Stokes.[5]

    Dalam pemakaian eksperimen harus diperhitungkan beberapa syarat

    antara lain:

    Ruang tempat fluida jauh lebih luas dibanding ukuran bola.

  • Tidak terjadi aliran turbulen dalam fluida.Kecepatan v tidak terlalu besar sehingga aliran fluida masih bersifat

    laminer.

    Sebuah bola padat yang memiliki rapat massa b dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa kecepatan awal ke dalam fluida kental yang memiliki rapat

    massa f, di mana b> f. Telah diketahui bahwa bola mula-mula mengalami percepatan, namun beberapa saat setelah bergerak cukup jauh bola akan

    bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut

    kecepatan akhir vT atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya berat bola

    sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida. Gambar 1

    menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya

    Archimedes, FS = gaya Stokes, dan W=mg = gaya berat kelereng.

    Gambar 1. Gaya yang bekerja pada saat bola dengan kecepatan tetap.

    Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, berlaku prinsip Newton

    tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu

    WFF SA (2)Jika Vb menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku

  • gVW bb .. (3)gVF bfA .. (4)

    Rapat massa bola b dan rapat massa fluida f dapat diukur dengan menggunakan

    b

    bb V

    m (5)

    dan

    f

    ff V

    m (6)

    Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2)

    maka diperoleh

    fbbs gVF (7)

    Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh

    9

    2 2 fbT

    grv

    (8)

    Jarak d yang ditempuh bola setelah bergerak dengan kecepatan terminal

    dalam waktu tempuhnya t mempunyai kecepatan

    9

    2 2 fbgr

    t

    d

    Dengan demikian waktu tempuhnya adalah

    fbgrd

    t

    22

    9(9)

  • Dengan mengukur kecepatan akhir bola yang radius dan rapat massa

    telah diketahui, maka viskositas fluida dapat ditentukan. Untuk

    memperoleh nilai viskositas fluida, Persamaan (9) diubah dalam bentuk

    d

    tgr fb9

    2 2 = tk fb )( (10)

    dengan

    d

    grk

    9

    2 2 (11)

    Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm-2, yang biasa

    disebut dengan istilah poise di mana 1 poise sama dengan 1 dyne det cm-2.

    Viskositas dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka

    viskositas menjadi turun atau sebaliknya.

    2.2. Mikrokontroler ATMega8535

    Mikrokontroler merupakan keseluruhan sistem komputer yang

    dikemas menjadi sebuah chip di mana di dalamnya sudah terdapat

    Mikroprosesor, I/O, Memori bahkan ADC, berbeda dengan Mikroprosesor

    yang berfungsi sebagai pemroses data.[2]

    Mikrokontroller AVR (Alf and Vegards Risc processor) memiliki

    arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan

    sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock atau dikenal dengan

    teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing). Secara umum, AVR

    dapat dikelompokan ke dalam 4 kelas, yaitu keluarga AT90Sxx, keluarga

    ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing

    adalah kapasitas memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan

    instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama.

    ATMega8535 merupakan salah satu mikrokontroler 8 bit buatan

    Atmel untuk keluarga AVR yang diproduksi secara masal pada tahun 2006.

    Karena merupakan keluarga AVR, maka ATMega8535 juga menggunakan

    arsitektur RISC. Secara singkat, ATMega8535 memiliki beberapa

    kemampuan:

  • 1. Memiliki ADC (Pengubah analog-ke-digital) internal dengan ketelitian

    10 bit sebanyak 8 saluran.

    2. Memiliki Unit interupsi (internal & eksternal)

    3. Memiliki PWM (Pulse Wide Modulation) internal sebanyak 4 saluran.

    4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5

    Mbps.

    5. Enam pilihan mode sleep, untuk menghemat penggunaan daya

    listrik.

    Secara garis besar, arsitektur mikrokontroler ATMEGA8535 terdiri dari :

    32 saluran I/O (Port A, Port B, Port C, dan Port D) 10 bit 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter) 4 channel PWM 6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save,

    Power-down, Standby and Extended Standby

    3 buah timer/counter Analog comparator Watchdog timer dengan osilator internal 512 byte SRAM 512 byte EEPROM 8 kb Flash memory dengan kemampuan Read While Write Unit interupsi (internal & eksternal) Port antarmuka SPI8535 memory map Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan

    maksimal 2,5Mbps

    4.5 sampai 5.5V operation, 0 sampai 16MHz

    Untuk melakukan pemrograman dalam mikrokontroler AVR, Atmel

    telah menyediakan software khusus yang dapat diunduh dari website resmi

    Atmel. Software tersebut adalah AVRStudio. Software ini menggunakan

    bahasa assembly sebagai bahasa perantaranya. Selain AVRStudio, ada

    beberapa software pihak ketiga yang dapat digunakan untuk membuat

    program pada AVR. Software dari pihak ketiga ini menggunakan bahasa

  • pemrograman tingkat tinggi seperti bahasa C, Java, atau Basic. Untuk

    melakukan pemindahan dari komputer ke dalam chip, dapat digunakan

    beberapa cara seperti menggunakan kabel JTAG atau menggunakan STNK

    buatan Atmel.

    3. Metode Penelitian

    Gambar rangkaian alat ukur viskositas :

    Gambar 2. Rangkaian alat ukur viskositas

    Rancangan alat yang dibuat terdiri dari mikrokontroler ATMega8535

    dan beberapa komponen elektronika lainnya (seperti pada tabel) dan

    komponen mekanik seperti kelereng, tabung transparan, statif, timbangan

    digital, wadah untuk mengukur massa fluida.

  • Untuk lebih dari 1 kelereng dipilih massa dan volume kelereng yang

    tetap yaitu m=0.006 kg, r kelereng= 0.785cm, V kelereng= 2.025x10-6m3,

    jarak antara 2 LDR juga tetap yaitu 0.25 m. Untuk menimbang massa fluida

    digunakan wadah yang tetap juga dengan massa wadah 0.002 kg dan

    volume fluida yang diukur tetap yaitu sebesar 10 ml. Port ADC yang

    digunakan 4 buah yaitu:

    1. ADC0 (port A0) cermet untuk kalibrator viskositas.

    2. ADC1 (port A1) Sistem LDR pencatat waktu.

    3. ADC2 (port A2) LM35 pengukur suhu.

    4. ADC3 (port A3) Potensiometer untuk input massa fluida.

    Port D2 dan port B7 untuk interupt, port B6 untuk LED atas, dan port B5

    untuk LED bawah.

    Proses pengukuran dirancang sebagai berikut. Mula-mula tabung

    diisi fluida dan sebagian ditimbang massanya pada wadah yang disediakan.

    Setelah alat dinyalakan, LED atas dan bawah dihidupkan atau dimatikan

    dengan cara tertentu untuk memperoleh batas tengah intensitas cahaya

    yang diterima LDR. Intensitas cahaya yang diterima LDR dimasukkan ke

    dalam port A1, yang kemudian akan dipakai untuk mengeluarkan status alat

    (lihat gambar flowchart cek LDR).

    Ketika kelereng menutupi LED atas, maka mikrokontroler akan

    mengirimkan sinyal ke interup port D2 untuk menjalankan pencatat waktu.

    Ketika kelereng menutupi LED bawah mikrokontroler akan mengirimkan

    sinyal ke interup port D2 untuk menghentikan pencatat waktu. Dalam tahap

    ini waktu tempuh kelereng akan tersimpan dalam memori mikrokontroler.

    Namun waktu tempuh ini belum bersatuan detik, melainkan bilangan bulat

    tertentu yang harus dikalikan dengan suatu konstanta untuk memperoleh

    satuan detik. Parameter ini disebut timekal. Timekal dicari dengan

    mengukur waktu buka-tutup LED dan membandingkan dengan nilai yang

    disimpan oleh mikrokontroler, yaitu yang disebut COUNT. Jadi waktu yang

    ditempuh adalah COUNT x timekal.

    Untuk memasukkan rapat massa fluida ke dalam mikrokontroler

    dilakukan cara sebagai berikut. Massa fluida ditimbang untuk volume 10 ml

    (dalam wadah yang disediakan). Massa fluida diberikan oleh rumus

  • 002.0

    255

    3 ADCm f

    Jadi massa fluida dimasukkan melalui port A3 dengan bantuan

    potensiometer. Untuk ini diperlukan kalibrasi massa. Karena ADC3 dapat

    bernilai 0 sampai 255 (yaitu dari tegangan 0 volt sampai Vcc) maka dipilih

    nilai tengah, dalam hal ini dipilih ADC3=123 untuk massa 0.011 kg sehingga

    diperoleh nilai sebesar 0.0183. Yang terakhir, untuk mengatur nilai ukur viskositas agar sesuai

    dengan nilai acuan diperlukan faktor koreksi yaitu sebesar

    255

    0127 ADC

    Dalam penelitian ini dipilih kecil yaitu sebesar 0.01, dan ADC0 diatur oleh cermet yang dimasukkan pada port A0. Jadi persamaan (11) dikoreksi

    menjadi

    255

    01271

    ADCkk

    Jadi viskositas dalam mikrokontroler adalah

    timekalCOUNTV

    ADCADCk fb

    /002.0

    255

    3

    255

    01271

    (12)

    Satuannya adalah Pa.s, untuk mendapatkan nilai satuan dalam Poise harus

    dikalikan lagi dengan 10. Untuk suhu LM35 menggunakan persamaan

    TbaADC 2Nilai a dan b diperoleh dari pengukuran 2 suhu yang berbeda. Dari hasil

    kalibrasi diperoleh nilai a dan b, a=0.820513 b=16.15385.

    4. Analisis Data

    Hasil percobaan dengan menggunakan sampel oli mesran SAE40

    dengan massa 11g/10ml pada suhu 27.6 0C diperoleh Nilai rata-rata

    viskositas = 4.220.15Poise(10 kali percobaan). Dari literatur didapatkan nilai viskositas oli SAE 40 pada suhu 200C adalah 4.3 Poise. Seperti kita tahu

  • semakin tinggi suhu, nilai viskositas akan berkurang, jadi nilai viskositas oli

    SAE40 pada suhu 27.60C kurang dari 4.3 Poise.

    Sedangkan pada suhu 40 0C massa menjadi 9g. Nilai viskositas oli

    mesran SAE40 dari hasil percobaan adalah 1.719 0.07 P. Dari data resmi

    PERTAMINA, nilai viskositas oli Mesran SAE 40 pada suhu 400C adalah 1.159

    P.

    Dari sampel oli Mesran Super SAE 20W50, dengan massa 11 g/10ml

    pada suhu 26.6 0C diperoleh nilai = 4.3 P 0.1.sedangkan dari hasil perhitungan manual nilai viskositas oli tersebut adalah 4.6 P. Dari

    percobaan SAE 20W50 pada suho 400C dengan massa 10 g/ 10ml diperoleh

    nilai = 2.30.1 P. Dari perhitungan manual didapatkan nilai viskositas oli tersebut adalah 2.1102 P.

    Dari percobaan dengan sampel minyak goreng Bimoli dengan massa

    11g pada suhu 27.6 0C diperoleh = 1.41 0.03 P. Dari perhitungan manual didapatkan nilai viskositasnya adalah 1.52 P.

    Dari data perbandingan hasil percobaan dengan data referensi

    ataupun dari data perhitungan manual, maka didapatkan nilai ralatrata-

    rata alat ukur viskositas ini adalah 6 %. Jadi ketepatan alat ukur viskositas

    dengan sensor LDR dan mikrokontroler ATMega8535 ini mencapai 94%.

    5. Kesimpulan dan Saran

    Pembuatan alat ukur viskositas fluida metode bola jatuh dengan

    menggunakan mikrokontroler ATMega 8535 dan sensor cahaya LDR dapat

    membantu mengukur nilai viskositas fluida dengan ketepatan ukur

    mencapai 94%. Sensor cahaya LDR bisa membantu otomatisasi

    penghitungan waktu tempuh bola jatuh pada metode ini.

    Kedepannya alat ukur viskositas ini dapat dikembangkan sehingga

    dapat mengukur nilai viskositas semua fluida dengan ketelitian yang

    tinggi. Selain itu perangkat untuk tabung bisa dibuat lebih baik, sehingga

    tidak menimbulkan kesalahan pada saat mengukur.

    Sistem LDR bisa dikembangkan lagi sehingga bisa lebih peka terhadap

    perubahan intensitas cahaya, jadi alat ini bisa digunakan untuk mengukur

    viskositas fluida yang berwarna gelap atau pekat. Penggunaan kelereng

  • juga perlu diperhatikan, yaitu mengenai dimensi kelereng dan massa

    jenisnya. Jadi kalau kita menggunakan banyak kelereng untuk

    pengukuran, semua kelereng harus sama, baik ukuran fisik maupun massa

    jenisnya. Penggunaan wadah untuk menimbang fluida bias diganti dengan

    wadah yang memiliki nilai ralat volume yang kecil.

    6. Referensi

    1. http://id.wikipedia.org/wiki/Mikrokontroler,

    2. http://www.forumsains.com/mikrokontroler-dan-

    robotika/mikrokontroler-atmega8535/msg7241/#msg7241

    3. http://duniaelektronika.blogspot.com/2007/09/mikrokontroler-

    atmega8535.html

    4. http://npx21.blog.uns.ac.id/2010/07/17/atmega8535/

    5. Budianto, Anwar. Metode Penentuan Koefisiensi Kekentalan Zat Cair

    dengan menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes.Seminar

    Nasional IV SDM Teknologi Nuklir Yogyakarta. Agustus 2008. ISSN

    1978-0176.

    6. Mujiman. Simulasi Pengukuran Nilai Viskositas Oli Mesran SAE 10-40

    Dengan penampil LCD. Telkomnika Vol. 6, No. 1. April 2008 : 49-56

    7. Heryanto, M.A. dan Ir. Wisnu Adi P. Pemrograman Bahasa C untuk

    Mikrokontroler ATMega8535. Penerbit ANDI, Yogyakarta. 2008.

  • Lampiran

    1. Flowchart kerja alat

  • 2. Flowchart Cek LDR

    1. LOW = max ( LDR1 h, LDR2 h) ;

    HIGH = min ( LDR1 m, LDR2 m) ;

    Level = eger

    LOWHIGH

    int2

    Jika ( abs ( LOW HIGH ) > 10 ) maka status Ok

    Delay 100

    LDR 1h = ADC1

    Delay 100

    LED 2= Off

    Delay 100

    LDR1m = ADC1

    Delay 100

    LED 2 OnLED 1 On

    LED = On

    LDR2m=ADC1

    Delay 100

    LDR2 h= ADC1

    Delay 100

    LED 1= Off

    Delay 100

    LED 1= On

    Delay 100

  • 3. Tabel komponen elektenika

    No Nama Komponen Jumlah

    1 ATMega8535 1

    2 LCD 1

    3 LM35 1

    4 LDR 2

    5 LED Putih 2

    6 Potensiometer 50K 1

    7 Cermet 50K 1

    8 Kapasitor 10F 2

    9 Kapasitor 22F 6

    10 Resistor 6

    11 Aki 14

    12 LED merah 1

    13 Push Up button 1

  • 4. Rangkaian Elektronika Pada ATMega8535

    ATMega8535

    LCD

    Lm35

    A0A1A2A3

    C0-C7D2

    B7

    B6B5