artikel ilmiah

Tugas artikel ilmiah program diklat Bidik Misi Fakultas MIPA UNILA

Oleh

Defi Setiawati

1017041025

REALISASI DAN ANALISIS VARIASI UKURAN LOGAM ALUMINIUM SEBAGAI ELEKTRODA INSTRUMEN PENGUKUR SALINITAS GARAM BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16

Fikri Sumendar

Jurusan Fisika Universitas Lampung

Jl.Prof Soemantri Brojonegoro No 1 Bandar Lampung,

Abstrak

Telah dilakukan penelitian yang berjudul realisasi dan analisis variasi ukuran logam aluminium sebagai elektroda instrumen pengukur salinitas garam berbasis mikrokontroler ATMega16. Tujuan penelitian adalah merealisasikan instrumen pengukur salinitas garam pada larutan NaCl, menampilkan hasil pengukuran pada LCD dan menganalisis data hasil pengukuran dan mengaplikasikan mikrokontroler ATMega16 sebagai bagian sistem akuisisi data. Penelitian ini kami menggunakan elektroda Aluminium sebagai sel konduktivitas. Tegangan keluaran dari pengkondisi sinyal dikonversi menjadi data digital oleh ADC yang terdapat pada mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD. Sampel yang digunakan adalah larutan garam, dengan penambahan massa garam 0,25 gram – 1 gram dan variasi ukuran luas permukaan 0,25 cm² – 4 cm² dan jarak 1 mm – 10 mm. Setiap pengukuran dengan variasi ukuran luas permukaan dan jarak maka hasil yang didapat juga bervariasi nilainya.

Kata kunci: Larutan NaCl, Variasi Ukuran, Mikrokontroler ATMega16  

Bab 1. Pendahuluan

Suatu benda bila dialiri listrik maka benda tersebut akan memiliki muatan listrik. Pada setiap titik di sekitar benda yang bermuatan listrik terdapat suatu medan listrik. Medan listrik di sekitar muatan listrik positif akan menjauhi muatan tersebut, sedangkan di sekitar muatan listrik negatif arah medan menuju muatannya. Salah satu instrumentasi untuk menghasilkan medan listrik adalah kapasitor plat sejajar yang diletakkan terpisah secara sejajar. Untuk menghasilkan suatu medan listrik yang lebih kuat, maka jarak antar plat harus dibuat lebih kecil daripada luas plat (Wangsness, 1986).

Kemampuan kapasitor dalam menyimpan suatu muatan listrik disebut kapasitansi. Pada umumnya, nilai kapasitansi sebuah kapasitor ditentukan oleh bahan dielektrik yang digunakan. Air merupakan salah satu bahan dielektrik yang apabila diletakkan diantara dua plat kapasitor keping sejajar akan mempengaruhi nilai kapasitansi dari kapasitor tersebut.

Salinitas merupakan salah satu parameter fisika yang harus dipantau untuk menjaga kualitas air tambak. Untuk itu diperlukan suatu alat ukur salinitas. Salinitas adalah konsentrasi semua ion-ion terlarut dalam air dan dinyatakan dalam mg per liter (ppm). Salinitas berhubungan erat dengan konduktivitas dan tekanan osmotik air. Pada kebanyakan peralatan yang ada saat ini, pengukuran harga salinitas dilakukan berdasarkan pada hasil pengukuran kemampuan larutan untuk membawa arus listrik. Konduktivitas dari larutan bergantung pada jumlah ion dan mobilitas ion di dalam larutan. Kekuatan konduktivitas larutan dinyatakan melalui pergerakan ion-ion di dalam medan listrik. Jika jumlah ion meningkat, maka aliran arus di dalam larutan juga meningkat (Kuswandi,2001).

Rangkaian-rangkaian jembatan dipakai secara luas untuk pengukuran nilai komponen seperti tahanan, induktansi atau kapasitansi. Rangkaian ini juga dipakai oleh parameter rangkaian lainnya, yang diturunkan secara langsung dari nilai komponen seperti frekuensi, sudut fase dan temperature. Rangkaian jembatan hanya membandingkan nilai komponen yang diketahui dengan komponen yang tidak diketahui secara tepat dan biasanya jembatan Wheatstone dikenal untuk pengukuran tahanan DC. Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosessor, hadir memenuhi kebutuhan pasar dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor  yang lebih banyak, namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta diproduksi secara massal yang membuat harganya lebih murah (dibandingkan mikroprosesor).

Bab II. Pembahasan

A.      Hasil

Pada penelitian ini aquades dianggap memiliki 1 kilogram aquades sama dengan 1 liter. Pengukuran salinitas garam dengan menggunakan alat hasil rancangan, menghasilkan data yang ditunjukkan pada Tabel 1 berikut.

Tabel 1. Pengujian alat hasil rancangan pada sampel larutan garam dengan massa garam 0,25 gram dan luas permukaan 0,75 cm²

No	Massa Garam	Konsentrasi larutan	Luas Permukaan (A)	Jarak (d)	Tegangan	Salinitas
	(gram)	(%massa)	(cm²)	(mm)	(volt)
1	0,25	0,025	0,75	1	0,59	20,65
2	0,25	0,025	0,75	2	0,67	45,40
3	0,25	0,025	0,75	3	0,86	89,09
4	0,25	0,025	0,75	4	0,93	127,66
5	0,25	0,025	0,75	5	1,01	173,23
6	0,25	0,025	0,75	6	1,14	235,52
7	0,25	0,025	0,75	7	1,18	284,33
8	0,25	0,025	0,75	8	1,16	318,12
9	0,25	0,025	0,75	9	1,24	382,46
10	0,25	0,025	0,75	10	1,27	438,67

Tabel 14. Pengujian alat hasil rancangan pada sampel larutan garam dengan massa garam 0,25 gram dan luas permukaan 1 cm².

No	Massa Garam	Konsentrasi larutan	Luas Permukaan (A)	Jarak       (d)	Tegangan	Salinitas
	(gram)	(%massa)	(cm²)	(mm)	(volt)
1	0,25	0,025	1	1	0,36	9,47
2	0,25	0,025	1	2	0,32	16,64
3	0,25	0,025	1	3	0,52	39,55
4	0,25	0,025	1	4	0,58	59,90
5	0,25	0,025	1	5	0,59	76,16
6	0,25	0,025	1	6	0,62	97,54
7	0,25	0,025	1	7	0,66	120,06
8	0,25	0,025	1	8	0,66	138,24
9	0,25	0,025	1	9	0,71	164,74
10	0,25	0,025	1	10	0,80	202,52

B.       Pembahasan

1.        Perangkat Keras

a.         Catu Daya

Rangkaian catu daya pada hasil rancangan ini terdiri atas baterai 9 volt, dioda, kapasitor, dan Integrated Circuit (IC)  regulator. Baterai yang digunakan adalah baterai 9 volt yang akan diturunkan tegangannya menjadi 5 volt. Cara menurunkan tegangan 9 volt menjadi 5 volt adalah dengan menambahkan rangkaian dioda pada kutub positif baterai yang akan menjadi tegangan maju dan  disalurkan ke kapasitor 100 uF/25 volt sebagai permurnian dan diteruskan ke IC regulator. IC regulator yang digunakan adalah LM7805CT yang akan menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5 volt. Dalam hal ini alat hasil rancangan menggunakan tegangan sebesar 5 VDC.

b.    Sel Konduktivitas

Rangkaian sel konduktivitas digunakan untuk mendeteksi keadaan fisis berupa resistansi air yang diteruskan ke jembatan wheatstone kemudian akan menghasilkan keluaran tegangan. Sel konduktivitas terdiri atas dua buah plat aluminium dengan variasi ukuran luas permukaan dan jarak sebagai elektroda. Elektroda aluminium dibuat dengan luasan 0,25 cm² sampai dengan 4 cm² dan jarak 1 mm sampai dengan 10 mm. ketika elektroda dicelupkan ke dalam air maka elektroda dengan tegangan positif akan menarik ion-ion negatif pada air, sebaliknya elektroda dengan tegangan negative akan menarik ion-ion positif air. Pada penelitian ini elektroda yang digunakan terbuat dari bahan aluminium (Al).

c.         Pengkondisi Sinyal dengan Jembatan Wheatstone

Prinsip jembatan wheatstone digunakan untuk mengukur resistansi secara teliti dan banyak digunakan sebagai alat ukur (Fitzgerald, 1993). Jembatan wheatstone merupakan rangkaian untuk pengukuran tahanan DC yang dapat menghasilkan nilai tahanan yang lebih presisi (Cooper, 1999). Dalam penelitian ini, jembatan wheatstone berfungsi untuk mengetahui perubahan resistansi pada elektroda ketika dicelupkan ke air sampel sehingga diketahui setiap perubahan tegangan akibat pengaruh sampel pada sel konduktivitas. Jembatan wheatstone terdiri dari R1, R4, dan R2 sebagai set point yang bisa diatur variable tahanannya dengan nilai resistansi 1K Ω untuk menyeimbangkan rangkaian jembatan wheatstone yang akan dicelupkan ke dalam air sampel. Pada pengkondisi sinyal hasil rancangan ini tidak menggunakan Op-Amp karena hasil pengukuran resistansi dari air sampel telah menghasilkan tegangan dalam ukuran volt.

d.        Mikrokontroler ATMega16

Mikrokontroler ATMega16 berfungsi sebagai pengendali dan menerima proses pembacaan data. Data yang diterima dari jembatan wheatstone berupa tegangan analog. Untuk bisa digunakan dalam mikrokontroler ATMega16 data berupa analog diterima melalui port A pada mikrokontroler ATMega16. Port A pada mikrokontroler ATMega16 berfungsi sebagai ADC (Analoge to Digital Converter) jadi pada mikrokontroler ATMega16 ini tidak memerlukan rangkaian tambahan berupa IC ADC0804 yang banyak digunakan pada umumnya. Di samping itu mikrokontroler ATmega16 juga berfungsi sebagai perintah yang mengatur proses tampilan LCD dan masukan Keypad 4x4. Bahasa yang digunakan untuk pemrograman mikrokontroler ATMega16 adalah bahasa C.

e.         LCD   

Liquid Crystal Display (LCD) difungsikan sebagai tampilan visual yang akan memberikan informasi kualitas air dalam hal ini adalah salinitas. Tampilan yang akan diinformasikan berupa angka decimal yang menunjukkan nilai salinitas. Pada aplikasi ini penyambungan LCD dengan mikrokontroler ATMega16 adalah menghubungkan kaki pin 1 pada LCD ke ground, kaki pin 2 pada LCD ke VCC, kaki pin 3 pada LCD ke VCC, kaki pin 4 pada LCD ke port B.0 pada mikrokontroler ATMega16, kaki pin 5 pada LCD ke port B.1 pada mikrokontroler ATMega16, kaki pin 6 pada LCD ke port B.2 pada mikrokontroler ATMega16, kaki pin 11 pada LCD ke port B.4 pada mikrokontroler ATMega16, kaki pin 12 pada LCD ke port B.5 pada mikrokontroler ATMega16, kaki pin 13 pada LCD ke port B.6 pada mikrokontroler ATMega16 dan kaki pin 14 pada LCD ke port B.7 pada mikrokontroler ATMega16.

f.         Keypad 4x4

Keypad sering digunakan sebagai suatu input pada beberapa peralatan yang berbasis mikroprosessor atau mikrokontroler (Heryanto et al, 2008). Keypad sesungguhnya terdiri dari sejumlah saklar yang terhubung sebagai baris dan kolom. Pada aplikasi ini keypad 4x4 berhubungan langsung dengan port C pada mikrokontroler ATMega16.

g.        Kinerja Rangkaian Secara Keseluruhan

Pada penelitian ini telah dibuat suatu alat ukur salinitas garam menggunakan logam aluminium sebagai elektroda instrumen berbasis mikrokontroler ATMega16. Sel konduktivitas merupakan dua buah elektroda yang terbuat dari plat aluminium dengan luasan dan jarak yang bervariasi ukuran. Sel konduktivitas yang dirancang terintegrasi dengan rangkaian jembatan wheatstone ini dihubungkan dengan catu daya. Selanjutnya sel konduktivitasnya mendeteksi adanya perubahan resistansi akibat perbedaan konsentrasi sampel air, luas permukaan dan jarak. Resistansi yang terukur pada sel konduktivitas kemudian dikondisikan sinyalnya melalui Port A pada mikrokontroler yang sudah tersedia ADC kemudian nilai tersebut dikonversikan menjadi salinitas dan ditampilkan ke LCD. Untuk Keypad 4x4 mempunyai tugas sebagai input untuk ukuran elektroda yang bervariasi ukuran jarak dan luas permukaan yang akan memudahkan dalam perhitungan.

2.        Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang digunakan untuk alat rancangan adalah bahasa C, hal ini dikarenakan pendeklarasiannya lebih mudah dibandingkan dengan bahasa assembler. Selain itu juga bahasa C ini lebih mudah karena bahasa C adalah bahasa tingkat tinggi.

Mikrokontroler berfungsi sebagai pembacaan data dari ADC, pemrosesan data dan menampilkannya pada LCD. Program ini terdiri dari pendefinisian, pendeklarasian variabel-variabel dan fungsi-fungsi yang digunakan, program utama dan program-program fungsi (dalam assembler dikenal sebagai subrutin).

Bab III. Kesimpulan dan Saran

A.      Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat disimulkan bahwa:

1.        Sel konduktivitas dengan elektroda Aluminium (Al) memiliki karakteristik dapat mengukur salinitas garam dengan baik.

2.    Salinitas garam dengan massa garam 0,25 gram memiliki kesamaan yang hampir mendekati nilai tersebut adalah dengan jarak 6 mm dan luas permukaan 0,75 cm². Salinitas garam dengan massa garam 0,5 gram memiliki kesamaan yang hampir mendekati nilai tersebut adalah dengan jarak 8 mm dan luas permukaan 1 cm². Salinitas garam dengan massa garam 0,75 gram memiliki kesamaan yang hampir mendekati nilai tersebut adalah dengan jarak 8 mm dan luas permukaan 0,75 cm².

B.       Saran

Untuk peningkatan alat ukur berikutnya disarankan supaya membuat sistem yang dapat diintegrasikan ke komputer sehingga data yang diperoleh dapat dicatat, direkam, dan diolah lebih lanjut.

     

Daftar Referensi

           

Ambardhy, Herman J. 2004. Buku Pegangan Training Budidaya.PT. Central Pertiwi Bahari.TulangBawang.

Aryani, D, Susanto G.S, Sumardi dan Iswadi. 2008. Pengaruh Perubahan Salinitas Terhadap Virulensi White Spot Syndrome Virus (WSSV) Pada Udang Putih Litopenaeus Vannamei. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008 Universitas Lampung. ISBN: 978-979-1165-74. 17-18 November 2008.

Bender, G.T. 1987.Principles Of Chemical Instrumentation. W.B Saunders Company. United Stated of America.

Cooper, W.D. 1999 Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Edisi ke 2. Erlangga. Jakarta.

Chang, R. 2005. Kimia Dasar. Erlangga. Jakarta.

Eko Putra, Agfianto. 2010. Mudah Menguasai Pemrograman Mikrokontroler Atmel AVR Menggunakan Bascom-AVR. Kelompok Riset DSP dan Embedded System-ELINS.Yogyakarta.

Halliday, D dan Robert Resnick. 1978. Fisika Jilid 2 Edisi ke 3. Penerjemah: Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Erlangga. Jakarta.

Heryanto, M. Ary dan Wisnu Adi P. 2008. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA 8535.Andi.Yogyakarta.

Kuswandi, B, E Pisesidartha, H Budianto, Maisara dan N Novita. 2001. Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Elektroda Konduktansi Sederhana, Jurnal Ilmu Dasar, Vol.2 No.1, Hal 34-40.

Lekahena, R. R Hamid. 2010. Efektifitas Eksternal Ethanol Rimpang Kunyit Putih (Curcuma Domestica.vall) dengan Konsentrasi yang Berbeda untuk Pengobatan Saprolegna sp pada Lele Dumbo (Clarias Gariepinus. Skripsi Jurusan Budidaya Perairan. Universitas Lampung. Bandar lampung.