BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Perangkat Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan
Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan terdiri dari satu kotak pengukuran, empat sensor konduktivitas dan satu sensor suhu seperti pada gambar 4.1. Kotak pengukuran terbuat dari bahan akrilik setebal 5mm. Kotak ini memiliki panjang 20 cm, lebar 20 cm dan tinggi 10 cm. Kotak pengukuran berfungsi sebagai pelindung rangkaian elektronik pada sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan.
Keterangan gambar: 1. Kotak pengukuran 2. Perangkat sensor
Gambar 4.1. Perangkat Sistem Pengukuran Konduktivitas Air Kolam Ikan Rangkaian elektronik pada kotak pengukuran membutuhkan daya listrik untuk bekerja. Daya listrik utama pada sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan bersumber dari jala-jala listrik. User harus menghubungkan kotak dengan jala-jala listrik lewat terminal AC 220 volt pada kotak pengukuran seperti gambar 4.2.
1
2
20 cm
20 cm
Keterangan gambar:
1. Saklar on-off kotak pengukuran 2. Terminal AC 220 volt
Gambar 4.2. Terminal AC 220 Volt dan Saklar On-Off Kotak Pengukuran
Kotak pengukuran yang telah terhubung dengan jala-jala listrik dapat diputus dan dihubung menggunakan saklar on-off seperti gambar 4.2. Setelah kotak pengukuran terhubung dengan tegangan AC 220 volt dan user memposisikan saklar pada posisi on
maka rangkaian elektronik mulai bekerja. Rangkaian elektronik pada kotak pengukuran terdiri dari rangkaian catu daya dan rangkaian minimum sistem.
Rangkaian catu daya menghasilkan tegangan DC 5 volt yang stabil. Tegangan DC 5 volt berfungsi sebagai catu daya untuk rangkaian lain pada minimum sistem kotak pengukuran. Rangkaian catu daya pada gambar 4.3 terdiri tiga terminal. Terminal catu daya satu mensuplai rangkaian ATMega32, sensor konduktivitas dan sensor suhu. Terminal catu daya dua mensuplai rangkaian LCD dan tombol tekan sedangkan terminal catu daya tiga mensuplai rangkaian driver relay dan RS-485.
Keterangan gambar :
1. Konektor AC 9 volt dan ground
2. Dioda 3A 3. LM 7805
4. Kapasitor 2200µF 5. Kapasitor 330nF 6. Kapasitor 100nF
7. Terminal keluaran 5volt
Gambar 4.3. Rangkaian Catu Daya 5 Volt
Rangkaian minimum sistem pada gambar 4.4 terdiri dari rangkaian ATMega32, rangkaian tombol tekan, rangkaian driver relay, rangkaian RS-485 dan rangkaian sensor konduktivitas.
Keterangan gambar:
1. Terminal catu daya 5 volt 2. Soket ATMega32
3. Rangkaian osilator 12MHz
4. Rangkaian reset dan indikator 5 volt 5. Terminal LCD (Portb)
6. Terminal sensor LM35 dan terminal sensor konduktivitas
7. Terminal rangkaian sensor konduktivitas dan terminal tombol tekan
8. Rangkaian driver relay
9. Soket IC MAX485
Gambar 4.4. Rangkaian Minimum Sistem
Perangkat interface antara user dengan ATMega32 terdiri dari rangkaian LCD dan tombol tekan. Rangkaian LCD dan tombol tekan ditunjukan pada gambar 4.5.
Keterangan gambar: 1. LCD
2. Tombol next
3. Tombol back
4. Tombol pilih konstanta sel 1cm-1 5. Tombol pilih konstanta sel 2cm-1 6. Tombol pilih konstanta sel 5cm-1 7. Tombol pilih konstanta sel 10cm-1
Gambar 4.5. Tombol Tekan dan LCD
1
2 3
Sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan memiliki terminal keluaran yang terdiri dari terminal sensor dan terminal komunikasi RS-485. Terminal RS-485 dan terminal sensor dapat dilihat pada gambar 4.6. Terminal RS-485 merupakan jalur komunikasi antara kotak pengukuran dan sistem akuisisi data.
Keterangan gambar: 1. Terminal sensor KC=1cm-1 2. Terminal sensor KC=2cm-1 3. Terminal sensor KC=5cm-1 4. Terminal sensor KC=10cm-1 5. Terminal sensor LM35 6. Terminal komunikasi RS-485
Gambar 4.6. Terminal Komunikasi RS-485 dan Terminal Sensor
Kerangka sensor konduktivitas terbuat dari bahan akrilik setebal 2mm. Akrilik pada sensor konduktivitas berfungsi sebagai isolator untuk menempelkan elektroda sensor konduktivitas. Elektroda terbuat dari bahan stainless steel dengan tebal 1mm. Sensor konduktivitas memiliki satu bagian kosong sebagai jalur masuk dan keluarnya sampel air seperti pada gambar 4.7.
Keterangan gambar:
1. “a” adalah jarak kedua elektroda 2. “b” adalah lebar elektroda
3. “c” adalah panjang elektroda
Gambar 4.7. Kerangka Sensor Konduktivitas KC = 1cm-1
Sensor konduktivitas dengan konstanta sel 1cm1 memiliki dimensi ruang 1cm x 1cm x 1cm pada awal perancangan. Ukuran sensor yang kecil menyebabkan sampel air tertinggal pada ruang sensor. Ukuran sensor konduktivitas dengan konstanta sel 1cm-1
5
4
1 2 3 6
a = 2cm c = 2cm b= 1cmdiperbesar menjadi 2cm x 1cm x 2cm untuk memperlancar aliran sampel air yang masuk dan keluar sensor konduktivitas, sehingga tidak ada air yang tertinggal pada ruang sensor.
Sensor suhu terdiri dari dua bagian yaitu bagian kerangka sensor dan sensor LM35. Sensor LM35 terletak di ujung kerangka sensor dan mengalami kontak langsung dengan sampel air seperti pada gambar 4.8.
Keterangan : 1. Sensor LM35
2. Kerangka sensor suhu
Gambar 4.8. Sensor Suhu
Pada proses pengukuran dengan larutan yang sama, jika elektroda sensor konduktivitas terus-menerus mendapat eksitasi dari catu daya maka hasil pengukuran konduktivitas terus berubah. Nilai konduktivitas yang mengalami perubahan akibat pencatuan terus-menerus dapat dilihat pada gambar 4.9.
Gambar 4.9. Grafik Penurunan Nilai Konduktivitas Terhadap Waktu
Nilai konduktivitas yang dihasilkan merupakan hasil pengukuran sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan pada larutan NaOH dengan konsentrasi berbeda-beda. Pengujian sensor konduktivitas dengan konstanta sel 1cm-1 menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi 0,005%, konstanta sel 2cm-1 menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi 0,03%, konstanta sel 5cm-1 menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi 0,9% sedangkan konstanta sel 10cm-1 menggunakan dengan konsentrasi 0,12%.
0; 160 50; 150 0; 1159 50; 740 0, 3733 50; 2370 0; 7353 50; 5957 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0 10 20 30 40 50 60 K on d u k tivitas ( µ S /cm ) Waktu (detik)
Waktu Vs Konduktivitas
Kc=1cm-1 Kc=2cm-1 Kc=5cm-1 Kc=10cm-11
2
Hasil pengukuran konduktivitas larutan NaOH dari keempat sensor konduktivitas mengalami penurunan. Jumlah penurunan nilai konduktivitas tersebut berbeda-beda untuk setiap sensor konduktivitas. Penurunan nilai konduktivitas hasil pengukuran disebabkan oleh perubahan besar resistansi larutan jika terlalu lama mengalami eksitasi.
Penambahan rangkaian relay digunakan untuk mengatasi masalah ini. Relay
berfungsi untuk menghubungkan salah satu elektroda sensor konduktivitas dengan titik tegangan 5 volt(sensor-on). Hal ini terjadi setelah sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan menerima instruksi untuk mengirimkan nilai konduktivitas air ke sistem akuisisi data. Setelah sistem pengukuran konduktivitas air kolam ikan melakukan pengukuran dan pengiriman data ke sistem akuisisi data, relay mengalihkan titik sambungan elektroda ke ground(sensor-off) sehingga tidak terjadi lagi eksitasi.
Arus keluaran ATMega32 tidak cukup untuk mengaktifkan relay. Arus tersebut harus dikuatkan dengan rangkaian transistor seperti pada gambar 4.10. Titik bersama (common terminal) relay dihubungkan dengan salah satu elektroda sensor konduktivitas. Titik n.c (normally closed) relay dihubungkan dengan ground sehingga saat relay tidak aktif elektroda sensor tetap terhubung dengan ground dan tidak mengalami eksitasi. Titik n.o (normally opened) relay dihubungkan dengan catu daya 5 volt sehingga saat relay aktif elektroda sensor terhubung dengan tegangan 5 volt dan mengalami eksitasi sesaat.
Gambar 4.10. Rangkaian Driver Relay
Rangkaian pada gambar 4.10 menggunakan relay SRD 5 volt dengan hambatan coil
sebesar 87 ohm, transistor C828 dengan faktor penguatan sebesar 130, resistor R8 sebesar 10k ohm yang diperoleh dari hasil perhitungan menggunakan persamaan 2.16 dan dioda 1N4004 sebagai pengaman arus balik relay.