PENGARUH DIAMETER TABUNG KALIBRATOR TERHADAP KESALAHAN KALIBRATOR PENGUKUR CURAH HUJAN
BERBASIS WEB
SKRIPSI
HARAPAN MARPAUNG 160801076
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PENGARUH DIAMETER TABUNG KALIBRATOR TERHADAP KESALAHAN KALIBRATOR PENGUKUR CURAH HUJAN
BERBASIS WEB
SKRIPSI
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS AKHIR DAN MEMENUHI SYARAT MENCAPAI GELAR SARJANA SAINS
HARAPAN MARPAUNG 160801076
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGARUH DIAMETER TABUNG KALIBRATOR TERHADAP KESALAHAN KALIBRATOR PENGUKUR CURAH HUJAN
BERBASIS WEB
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 07 September 2020
HARAPAN MARPAUNG 160801076
PENGARUH DIAMETER TABUNG KALIBRATOR TERHADAP KESALAHAN KALIBRATOR PENGUKUR CURAH HUJAN
BERBASIS WEB
ABSTRAK
Telah dilakukan pengujian Pengaruh Diamater Tabung Kalibrator terhadap Kesalahan Kalibartor Pengukur Curah Hujan berbasis Web. Pengujian ini dilakuakn untuk mengetahui ukuran Diameter Tabung Kalibrator baik digunakan untuk kalibrasi pengukur Curah Hujan dan mengetahui hubungan Diameter dengan Kesalahan Kalibartor Pengukur Curah Hujan berbasis Web. Pengujian dilakukan dengan menggunakan 5 variasi ukuran Diameter tabung yaitu 1,5 inch, 2 inch, 2,5 inch, 3 inch, dan 4 inch. Simolator curah hujan dalam pengujian menggunakan air aqua dengan massa standart 320 gram dalam proses kalibrasi. Kalibrasi pada masing- masing Diameter dilakukan selama 1 menit menggunakan pompa otomatis.
Pengukuran perubahan massa pada masing-masing tabung ditimbang menggunakan neraca dengan ketelitian 0,1 gram. Tenik pengambilan data dilakukan dengan menimbang terlebih dahulu massa tabung sebelum proses kalibrasi dilakukan, kemudian ditimbang kembali massa tabung setelah selesai melakukan proses kalibrasi selama 1 menit, kemudian dikurangi massa tabung setelah kalibrasi dengan massa tabung sebelum kalibrasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Diameter tabung sangat mempengaruhi Kesalahan Kalibrator Pengukur Curah Hujan Berbasis Web. Nilai persen kesalahan kalibrator pada diameter 1,5 inch, 2 inch, 2,5 inch , 3 inch, dan 4 inch adalah 0,84 %, 1,86 %, 2,94%, 4,15 %, 8,07 %. Semakin besar diameter tabung semakin besar nilai kesalahan kalibrator dan Kesalahan Kalibrator Kuadratis terhadap Diameter Tabung Kalibrator.
Kata Kunci : Curah Hujan, Diameter, Kesalahan Kalibrator, Pompa Otomatis
PENGARUH DIAMETER TABUNG KALIBRATOR TERHADAP KESALAHAN KALIBRATOR PENGUKUR CURAH HUJAN
BERBASIS WEB
ABSTRACT
Testing of the Effect of Calibrator Tube Diameter on Calibartor Error for Web-based Rainfall Gauge has been tested. This test is carried out to determine the diameter of the Calibrator Tube, both for calibrating the Rainfall gauge and for knowing the relationship between Diameter and Calibartor Error for Web-based Rainfall Gauges. Tests were carried out using 5 variations of the diameter of the tube, namely 1.5 inch, 2 inch, 2.5 inch, 3 inch, and 4 inch. Rainfall simolator in testing using aqua water with a standard mass of 320 grams in the calibration process. Calibration on each Diameter is carried out for 1 minute using an automatic pump. Measurement of changes in mass in each tube was weighed using a balance with an accuracy of 0.1 gram. Data collection techniques are carried out by weighing the mass of the tube before the calibration process is carried out, then weighing the tube mass again after completing the calibration process for 1 minute, then subtracting the mass of the tube after calibration with the mass of the tube before calibration. The results showed that the diameter of the tube greatly affects the error of the web-based rainfall measuring calibrator. The percent error value of the calibrator on a diameter of 1.5 inch, 2 inch, 2.5 inch, 3 inch, and 4 inch is 0.84%, 1.86%, 2.94%, 4.15%, 8.07% . The larger the tube diameter, the greater the value of the calibrator error and the calibrator error quadratic to the diameter of the calibrator tube.
Keywords: Rainfall, Diameter, Calibrator Error, Automatic Pump
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur kepada kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang atas kasih dan rahmat-Nya yang senantiasa menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “PENGARUH DIAMETER TABUNG KALIBRATOR TERHADAP KESALAHAN KALIBRATOR PENGUKUR CURAH HUJAN BERBASIS WEB” skripsi ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program strata satu (S1) Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terimakasih terkhusus kepada kedua Orang tua terbaik yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saat ini serta kakak dan abang tercinta yang selalu memberikan dukungan moral serta doa, kepercayaan dan semangat selama ini kepada penulis. Dengan sepenuh hati, dalam kesempatan ini penulis juga ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Sensus Wijonarko, M.Sc dan Bapak Prof, Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc. selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberi kepercayaan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku Ketua Departemen Fisika, dan Awan Maghfira S.Si, M.Si selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, dan Kak Tini dab Bang Jo selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
3. Bapak selaku dosen penguji yang banyak memberikan masukan dan saran untuk kebaikan penulisan skripsi ini.
4. Seluruh Staff Dosen pengajar di Departemen Fisika yang telah memberikan materi selama perkuliahan dan telah membantu serta memberikan petunjuk dan arahan selama perkuliahan.
5. Pihak LIPI Serpong yang banyak membantu diantaranya Bapak Dr. Ir. Sensus Wijonarko, M.Sc selaku pembimbing di P2F LIPI, Ibu Dr. Rike Yudianti selaku Kepala P2F LIPI Pak Dadang dan Ibu Tatik selaku dosen, dan staff di LIPI Serpong.
6. Kepada Kakak penulis Rina Lia Marpaung, Rani marpaung, Elida marpaung dan Abang saya Erikson Marpaung, Paris Marpaung dan juga Adik saya Kristina Marpaung, Erika Marpaung dan seluruh keluarga yang telah banyak memberikan dukungan moral dan doa dan penghiburan kepada penulis selama perkuliahan sampai menyelesaikan skripsi ini.
7. Kepada Pak Uda Ginting dan Mak Uda Manullang yang sudah banyak memberikan nasehat dan arahan kepada penulis selama masa perkuliahan.
8. Kepada kawan-kawan kost Harmonika 48 Abangda Ivan Lumbantoruan, alex Siregar, Tono Marbun dan kawan-kawan yang lainnya yang selalu mengingatkan penulis untuk tetapa semangat dan jangan bermalas-malasan.
9. Teman-teman seperjuagan Elbert Setiawan, Roy Efendy Sihotang, Arismen Manao, Syukur Jaya Hulu saling mengingatkan dan memberi semangat untuk menyelesaikan skripsi.
10. Kepada teman-teman satu angkatan 2016 Fisika Universitas Sumatera Utara yag sudah banyak membantu dan banyak memori selama proses perkuliahan.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk penulis mengharap kritikan dan saran yang membangun demi penyempurnaan skripsi ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih dan semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan untuk kepentingan orang banyak.
Medan, 07 September 2020
Harapan Marpaung
DAFTAR ISI
PENGESAHAN SKRIPSI i
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR LAMPIRAN xii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Batasan Masalah 3
1.5 Manfaat Penelitian 4
1.6 Sistematika Penulisan 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Curah Hujan 6
2.1.1 Pengertian Curah Hujan 6
2.1.2 Klasifikasi Curah Hujan 6
2.2 Alat Ukur Curah Hujan 7
2.2.1 Pengertian Alat Ukur Curah Hujan 7
2.2.2 Macam-macam Alat Ukur curah Hujan 7
2.2.3 Penakar Hujan Tipe Manual 7
1. Penakar Hujan Ombrometer Biasa 7
2. Penakar Curah Hujan Ombrometer Observatorium 9
2.2.4 Alat Penakar Hujan Otomatis 10
1. Penakar Hujan Tipe Floating Bucket 10
2. Penakar Hujan Tipe Hellman 10
3. Penakar Hujan Tipe Weighing Bucket 12
4. Penakar Hujan Tipe Tipping Bucket (Cawan Berjungkit) 13
2.3 Kalibrator Alat Ukur Curah Hujan 14
2.3.1 Pengertian Kalibrator 14
2.3.2 Karakterisasi Tabung Kalibrator 15
2.4 Metode Gravimetri 18
2.4.1 Pengukuran massa 18
2.4.2 Karakterisasi Air 18
2.4.3 Kondisi Lingkungan 18
2.4.4 Abstaction Level Of Water 19
2.5 Web 19
2.5.1 Pengertian Web 19
2.5.2 Aplikasi Berbasis Web 19
2.5.3 Pemrograman Web 20
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat 21
3.2 Alat dan Bahan 21
3.3 Diagaram Blok 22
3.3.1 Penjelasan Fungsi Blok 22
3.3.2 Rangkaian Pompa Otomatis 23
3.3.3 Program Arduino Pompa Otomatis 24
3.3.4 Flowchart pompa Otomatis 25
3.3.5 Komponen Pompa Otomatis 26
3.4 Diagram Alir 30
3.5 Persamamaan Hubungan massa air sisa dengan Diameter 31
3.6 Analisis Data 32
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan 33
4.1.1 Pengamatan Pengaruh Diameter Tabung Terhadap Kesalahan
Kalibrator 33
4.1.2 Tabel Pegamaatan Massa air sisa pada setiap Diameter 33 4.1.3 Hubungan Diameter terhadap nilai rata-rata Perubahan massa 36 4.1.4 Grafik perubahan Massa air sisa Terhadap Diameter 37
4.2 Pembahasan 37
4.2.1 Kesalahan Kalibrator 37
4.2.2 Grafik nilai Kesalahan terhadap Diameter 39 4.3 Hubungan diameter terhadap perubahan massa air secara teori 40 4.4 Grafik perubahan massa air sisa secara teori 41 4.5 Tabel perbandingan perubahan massa air sisa secara teori dan praktek 41 4.6 Grafik perbandingan perubahan massa teori dan praktek 42
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 44
5.2 Saran 44
DAFTAR PUSTAKA 45
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul Halaman
3.1 Konfigurasi pin arduino nano 27
4.1 Perubahan massa air sisa pada diameter 1,5 inch 33 4.2 Perubahan massa air sisa pada diameter 2 inch 34 4.3 Perubahan massa air sisa pada diameter 2,5 inch 34 4.4 Perubahan massa air sisa pada diameter 3 inch 35 4.5 Perubahan massa air sisa pada diameter 4 inch 36 4.6 Hubungan diameter terhadap nilai rata-rata
perubahan massa air sisa
36
4.7 Hubungan diameter terhadap persentase kesalahan kalibrator
39
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
Judul Halaman
2.1 Penakar Hujan Ombrometer biasa 8
2.2 Penakar hujan ombrameter observatorium 9
2.3 Penakar Tipe Hujan Floting Bucket 10
2.4 Penakar hujan tipe Hellman 11
2.5 Penakar hujan tipe weghing bucket 12
2.6 Penakar hujan tipe cawan berjungkit 13
2.7 Tabung kalibrator penakar curah hujan 14
2.8 server-side programming 20
2.9 client-side programming 20
3.1 Diagram Blok Sistem 22
3.2 Skematik Rangkaian pompa Otomatis 23
3.3 gambar rangkaian pompa otomatis 24
3.4 Flowchart Program Pompa Otomatis 25
3.5 gambar arduino nano v3.0 26
3.6 Gambar modul relay 5 volt 28
3.7 pompa air 12 Volt 200 rpm 29
3.8 Diagram Alir atau flowcart 30
4.1 grafik pengaruh dimater terhadap perubahan massa air sisa
37
4.2 grafik pengaruh dimater terhadap persen kesalahan kalibrator
39
4.3 grafik perubahan massa air sisa terhadap diameter secara teori
41
4.4 grafik perbandingan perubahan massa air sisa secara teori dan secara praktek
42
DAFTAR LAMPIRAN
No Lampiran
Judul Halaman
1 Tabel Pengamatan perubahan massa Air sisa Terhadap Diamater
47
2 Grafik perubhan Massa air sisa terhadap Diameter 50
3 Perhitungan Nilai Kesalahan Kalibrator 59
4 Alat Penelitian 60
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kalibrator curah hujan sangat dibutuhkan untuk mengalibrasikan alat ukur curah hujan. Kalibrasi alat ukur curah hujan dilakukan untuk menentukan nilai keakuratan pengukuran intensitas curah hujan dari instrumentasi pengukur curah hujan. Dengan demikian mengalibrasikan alat ukur curah hujan sangat dibutuhkan untuk menjaga, menstabilkan dan menormalkan kondisi alat, agar mendapat hasil pengukuran yang akurat. Pengukaran yang akurat akan membantu pihak BMKG untuk memberikan informasi intensitas curah hujan yang aktual dan tepat pada daerah tertentu.
Hingga saat ini metode kalibrator curah hujan diketahui ada empat jenis yaitu The Static calibration method, The Dynamic calibration method by Calder and Kidd (1978),The Automated Dynamic Calibration method by Humphrey and Istok (1997), and The web based calibration method by Wijonarko et al,. (2017). Kalibrator curah hujan pertama digunakan dengan metode kalibrasi statis. Metode kalibrasi statis ditingkat menjadi metode kalibrasi dinamis oleh Calder and Kidd. Metode kalibrasi dinamis kemudian ditingkat menjadi metode kalibrasi dinamis otomatis oleh Humphrey dan Istok. Metode kalibrasi dinamis otomatis dikembangkan menjadi metode kalibrasi berbasis web oleh Wijonarko dkk. Metode kalibrasi berbasis web ini sedang dikembangkan sekarang ini untuk mengalibrasi alat ukur curah hujan.
Kalibrator alat ukur curah hujan berbasis web merupakan alat kalibrasi pengukur curah hujan yang hasil pengukurannya dapat diunduh langsung dari web.
Kalibrator ini dilengkapi dengan tabung silinder sebagai wadah penampungan curah hujan (air) yang akan dikalibrasi pada volume tertentu. Karakterisasi volume dilakukan dengan metode gravimetri, yaitu dengan mengukur massa aliran fluida yang melewati alat ukur dan ditampung di sebuah tangki penampungan. Tangki penampung ini diletakkan di atas timbangan agar dapat langsung diukur massanya.
Pembacaan nilai dilakukan dengan metode Standing start-finish atau uji awal dan akhir diam adalah pembacaan pada kondisi aliran cairan diam. Pada waktu pengalibrasian, kalibrator berbasis web ini mempunyai kesalahan dalam proses kalibrasi yaitu, adanya perubahan massa air setelah melukan proses kalibrasi dari
massa awal air yang tertampung pada tabung kalibrator pada volume tertentu atau massa tertentu sebelum melakukan poses kalibrasi. Perubahan massa air sisa ini dapat diamati secara nyata pada tabung kalibrator yaitu, adanya air yang menempel pada permukaan tabung kalibrator. Perubahan massa sangat menentukan kesalahan kalibrator, semakin sedikit massa air standart yang hilang atau kesalahan dari massa air standart yang digunakan selama proses kalibrasi semakin baik akurasi kalibrator berbasis web digunakan untuk kalibrasi pengukur curah hujan. Tabung kalibrator merupakan wadah untuk menampung curah hujan (air) yang akan digunakan untuk proses kalibrasi pengukur curah hujan berbasis web sebelum dialirkan menuju alat ukur curah hujan yang akan dikalibrasi. Oleh karena itu penulis melakukan pengujian dengan memvariasikan ukuran diameter tabung kalibrator berbasis web untuk menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Pengaruh Diameter Tabung Kalibrator Terhadap Kesalahan Kalibrator Pengukur Curah Hujan Berbasis Web.”
Dengan melakukan pengujian ini diharapakan hasilnya dapat mengetahui diameter tabung kalibrator yang memiliki akurasi lebih baik digunakan pada kalibrator curah hujan berbasis web, sehingga mendapat akurasi kalibrasi yang baik untuk digunakan.
Setelah mengetahui ukuran diameter tabung kalibrator yang lebih akurat dalam proses kalibrasi akan membantu teknisi kalibrator alat ukur curah hujan untuk merancang ukuran diameter tabung kalibrator berbasis web.
1.2 Rumusan Masalah
Dalam penelitiana ini menyajikan beberapa perumusan masalah yang akan diselesaikan antara lain:
1. Dari diameter 1,5 inch, 2 inch, 2,5 inch, 3 inch, dan 4 inch. Berapa ukuran diameter yang memiliki akurasi lebih baik digunakan untuk kalibrasi pengukur curah hujan?
2. Bagaimana pengaruh diameter tabung kalibrator terhadap perubahan massa air sisa pada tabung kalibrator pengukur curah hujan berbasis web?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang dicapai dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh diameter tabung terhadap kesalahan kalibrator pengukur curah hujan berbasis web.
2. Untuk mengetahui ukuran diameter tabung kalibrator yang memiliki kesalahan lebih kecil digunakan pada kalibrator alat ukur curah hujan berbasis web dari ukuran diameter 1,5 inch, 2 inch, 2,5 inch, 3 inch, dan 4 inch.
1.4 Batasan Masalah
Penelitian “Pengaruh Diameter Tabung Kalibrator terhadap kesalahan Kalibrator Pengukur Curah Hujan Berbasis Web” difokuskan pada beberapa hal sebagai berikut:
1. Tabung pengujian menggunakan pipa paralon PVC tidak menggunakan material tabung asli kalibrator alat ukur curah hujan berbasis web.
2. Penelitian yang dilakukan fokus untuk mengetahui pengaruh diamater terhadap kesalahan kalibrator berbasis web.
3. Diameter tabung ada 5 variasi masing-masing 1,5 inch, 2 inch, 2,5 inch, 3 inch, dan 4 inch Daya tampung masing-masing tabung sama yaitu 320 ml.
4. Simulator hujan yang jadi bahan pengujian menggunakan air meneral aqua.
5. Massa standart air yang digunakan 320 gram.
6. Pengujian dilakukan pada ruangan laboratorium pusat penelitian fisika LIPI, Serpong Tangerang Selatan.
7. Pengujian dilakukan pada suhu ruangan C.
8. Penghisap air menggukan pompa air dengan daya 12volt 200 RPM.
9. Kesalahan kalibrator ditentukan dengan mengetahui nilai perubahan massa yang didapat pada masing-masing tabung dengan variasi diamater sebagai tertera diatas. Semakin kecil perubahan massa semakin sedikit kesalahan pada kalibrator, apabila semakin sedikit kesalahan semakin baik akurasi kalibrator curah hujan berbasis web.
10. Waktu proses kalibrasi 1 menit.
11. Mengukur perubahan massa menggunakan timbangan digital analitik dengan ketelitian 0,1 gram.
12. Penilitian dilakukan pada saat pandemi virus covid 19 yang mengakibatkan pegujian kurang maksimal dilakukan.
1.5
Manfaat PenelitianManfaat dari penelitian ini yaitu:
1. Mengetahui pengaruh ukuran diameter tabung terhadap kesalahan kalibrator pengukur curah hujan berbasis web dari dimater 1,5 inch, 2 incch, 2,5 inch, 3 inch, dan 4 inch.
2. Hasil dan analisa pengujian diharapkan dapat sebagai panduan untuk menentukan ukuran diameter tabung kalibrator yang memiliki kesalahan lebih kecil untuk mendapat hasil kalibrasi pengukur curah hujan yang lebih akurat.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yang menjelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
bab ini menjelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan teori pendukung itu seperti tentang alat ukur curah hujan, krakterisa volume tabung kalibrator, gravimetri, abstraction level of water, kalibrator alat pengukur curah hujan berbasis web.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini membahas tentang metode yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dalam tugas akhir ini.
BAB IV HASIL DAN ANALISIS
Bab ini berisikan pengujian alat dan analisis akhir yang telah dibuat.
Bab ini berisikan pengujian alat dan analisis.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi referensi-referensi yang telah digunakan pembuatan Tugas Akhir ini sebagia acuan yang mendukung.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Curah Hujan
2.1.1 Pengertian Curah Hujan
Curah hujan adalah jumlah air yang jatuh di permukaan tanah datar selama periode tertentu yang diukur dengan satuan tinggi millimeter (mm) di atas permukaan horizontal. Curah hujan merupakan ketinggian air hujan yang terkumpul dalam tempat yang datar, tidak menguap, tidak meresap, dan tidak mengalir (Suroso 2006). Jumlah curah hujan yang diukur, sebenarnya adalah tebalnya atau tingginya permukaan air hujan yang menutupi suatu daerah luasan di permukaan bumi atau tanah. Curah hujan 1 (satu millimeter), artinya dalam luasan satu meter persegi pada tempat yang datar tertampung air setinggi 1 (satu) milimeter atau tertampung air sebanyak 1 (satu) liter atau 1000 ml. Pengertian curah hujan dapat juga dikatakan sebagai air hujan yang memiliki ketinggian tertentu yang terkumpul dalam suatu penakar hujan, tidak meresap, tidak mengalir, dan tidak menyerap (tidak terjadi kebocoran). Curah hujan yang diukur per periode tertentu disebut dengan intensitas curah hujan. Pengambilan data informasi curah hujan di Indonesia dilaksanakan oleh Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG), karena pentingnya informasi curah hujan yang akurat diberbagai bidang kehidupan maka keberlangsungan dalam pengambilan data harus dapat dijaga.
2.1.2 Klasifikasi Intensitas Hujan
Ada beberapa macam klasifikasi intensitas hujan berdasarkan ukuran ketebalan butiran hujan antara lain.
1. Gerimis atau drizzle
Butiran air hujan dengan jumlah sedikit bahkan bisa disebut ringan yang umumnya memiliki diameter kurang dari 0.5 mm. Gerimis disebabkan oleh awan stratus kecil dan awan stratocumulus.
2. Hujan salju atau snow
Butiran hujan dari kristal-kristal kecil air yang menjadi es dan memiliki temperatur di bawah titik beku. Saat butiran air masuk ke wilayah suhu rendah maka butiran ini akan langsung berubah menjadi es.
3. Hujan batu es
Butiran hujan ini berbentuk batu es yang turun dari awan yang memiliki temperatur dibawah celcius yang terjadi pada cuaca bersuhu sangat dingin.
4. Hujan deras atau rain
Butiran air hujan yang memiliki ukuran kurang lebih 7 milimeter dan berasal dari awan yang memiliki temperatur di atas celcius.
2.2 Alat Ukur Curah Hujan
2.2.1 Pengertian Alat Ukur Curah Hujan
Alat ukur curah hujan atau sering disebut penakar hujan merupakan suatu instrumen yang digunakan untuk mengetahui curah hujan di suatu tempat dalam jangka waktu tertentu. Satuan pengukuran curah hujan dinyatakan dalam milimeter, yaitu tinggi air dalam satuan luas meter persegi. Jadi curah hujan 1 mm adalah jumlah air yang turun dari langit sebanyak 1 mm x 1m x 1m = 0,001 m3 = 1 liter.
2.2.2 Macam-macam Alat Ukur Curah Hujan
Berdasarkan mekanismenya, penakar hujan dibagi dua golongan, yaitu penakar hujan tipe manual (manual rain gauge) dan alat perekam curah hujan otomatis (atomatic rainfall recorder).
2.2.3 Penakar Hujan Tipe Manual
Alat penakar hujan manual pada dasarnya hanya berupa kontainer atau ember yang telah diketahui diameternya. Pengukuran hujan dengan menggunakan alat ukur manual dilakukan dengan cara air hujan yang tertampung dalam tempat penampung air hujan tersebut diukur volumenya setiap interval waktu tertentu atau setiap satu kejadian hujan. Alat ini ditempatkan di tempat terbuka yang tidak dipengaruhi pohon-pohon dan gedung-gedung yang ada di sekitarnya. Dengan cara pengukuran hujan tersebut hanya diperoleh data curah hujan selama periode tertentu. Dengan alat ini tidak dapat diketahui kederasan hujan (intensitas) hujan, durasi (lama waktu) hujan dan kapan terjadinya. Alat penakar hujan tipe manual ini dibagi menjadi beberapa macam, yaitu:
1. Penakar Hujan Ombrometer Biasa
Penakar hujan ini tidak dapat mencatat sendiri (non recording), bentuknya sederhana terbuat dari seng plat tingginya sekitar 60 cm dicat aluminium, ada juga
yang terbuat dari pipa paralon tingginnya 100 cm. Bagian-bagian penakar hujan ombrometer dilengkapi dengan berbagai komponen-komponen. Bagian pertama ada sebuah corong yang dapat dilepas dari badan penakar hujan, mulut corong terbuat dari kuningan yang berbentuk lingkaran dengan luas 100 . Kemudian ada bak tempat penampungan air hujan, Kran untuk mengeluarka air dari bak penampungan ke gelas ukur, Gelas ukur sebagai penakar curah hujan untuk luasan corong 100 , dengan skala ukur 0 s/d 25 mm. Pengamatan curah hujan pada penakar ini dilakukan pada jam-jam tertentu, letakkan gelas penakar hujan di bawah kran, lalu krannya dibuka agar airnya tertampung dalam gelas penakar. Jika curah hujan diperkirakan melebihi 25 mm sebelum mencapai skala 25 mm kran ditutup terlebih dahulu, lakukan pembacaan dan catat hasilnya. Kemudian lanjutkan pengukuran sampai air dalam bak penakar habis, seluruh hasil pengukuran yang dicatat dijumlahkan.
Pembacaan curah hujan pada gelas penakar dilkukan tepat pada dasar meniskusnya, bila dasar meniskus tidak tepat pada garis skala diambil garis skala yang terdekat dengan dasar meniskus air pada penakar curah hujan. Jika pembacaan dasar meniskus berada pada pertengahan antara dua garis skala, dibaca garis skala yang bernilai ganjil, misalnya 17,5 mm menjadi 17 mm dan 24,5 mm diambil 25 mm.
(Gambar 2.1 Penakar Hujan Ombrometer biasa)
Prinsip kerja Ombrometer Biasa, penakar hujan ini menggunakan prinsip pembagian antara volume air hujan yang ditampung dibagi luas penampang atau mulut penakar. Ombrometer biasa diletakkan pada ketinggian 120-150 cm.
Kemudian luas mulut penakar dihitung, volume air hujan yang tertampung juga dihitung. Nilai curah hujan dihitung dengan menggunakan rumus matematis sebagai berikut ini:
H =
Keterangan: H : Ketinggian curah hujan V : Volume air hujan tertampung L : Luas corong
2. Penakar Curah Hujan Ombrometer Observatorium
Penakar hujan tipe observatorium adalah penakar hujan manual yang menggunakan gelas ukur untuk mengukur air hujan. Penakar hujan ini adalah merupakan penakar hujan yang paling banyak digunakan di Indonesia dan merupakan standar di negara kita. Penakar hujan observatorium mempunyai kelebihan, yaitu mudah dipasang, mudah dioperasikan (karena langsung terukur pada gelas ukur), dan pemeliharaannya juga relatif mudah (karena tak ada bagian-bagian tambahan pada alat). Kekurangannya adalah data yang didapat hanyalah data jumlah curah hujan selama periode 24 jam, resiko kerusakan gelas ukur, dan resiko kesalahan pembacaan dapat terjadi saat membaca permukaan dari tinggi air di gelas ukur sehingga hasilnya dapat berbeda. Penakar hujan observatorium dilengkapi dengan berbagai komponen yaitu, corong penakar, tabung tempat penampungan air hujan, kran air, kaki kayu penyangga penakar, dan juga pondasi beton seperti tampak pada gambar dibawah ini.
(gambar 2.2 penakar hujan ombrameter observatorium)
Prinsip kerja ombrometer observatorium, air hujan yang turun tercurah masuk dalam corong penakar. Air yang masuk dalam penakar dialirkan dan terkumpul di dalam tabung penampung. Pada jam-jam pengamatan, air hujan yang tertampung diukur dengan menggunakan gelas ukur. Apabila jumlah curah hujan yang tertampung jumlahnya melebihi kapasitas gelas ukur, maka pengukuran dilakukan beberapa kali hingga air hujan yang tertampung dapat terukur semua.
2.2.4 Alat Penakar Hujan Otomatis
Alat ukur hujan otomatis adalah alat penakar hujan yang mekanisme pencatatan besarnya hujan bersifat otomatis (perekam). Dengan alat ini data hujan yang diperoleh selain besarnya curah hujan selang periode waktu tertentu, juga dapat dicatat lama waktu hujan. Dengan demikian besarnya intensitas curah hujan dapat ditentukan. Pada dasarnya alat hujan otomatis ini sama dengan alat ukur hujan manual yang terdiri dari tiga komponen, yaitu corong, bejana pengumpul, dan alat ukur. Perbedaannya adalah alat ukur otomatis ini komponen bejana pengumpul, dan alat ukurnya dibuat secara khusus. Alat penakar hujan tipe manual ini dibagi menjadi beberapa macam, yaitu:
1. Penakar hujan tipe Floating Bucket
Prinsip mekanisme kerja alat penakar hujan otomatis tipe floating bucket adalah alat ini mengukur hujan yang jatuh masuk ke dalam tabung yang berisi pelampung. Jika permukaan air di dalam tabung naik, pelampung dalam bejana bergerak naik akibat tertampungnya curah hujan. Pelampung ini berhubungan dengan sistem pena perekam di atas kertas berskala yang digulung pada silinder yang berputar sehingga menghasilkan grafik rekaman data curah hujan. Alat ini dilengkapi dengan sistem pengurasan otomatis, yaitu pada saat air hujan yang tertampung telah mencapai kapasitas dari wadah penampungan air hujan (receiver) secara otomatis seluruh air akan melimpas keluar melalui mekanisme sifon yang dihubungkan.
(gambar 2.3 Penakar Tipe Hujan Floting Bucket) 2. Penakar Hujan Tipe Hellman
Penakar hujan tipe Hellman yang dipakai di Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) yaitu rain fues yang di impor dari Jerman. Penakar hujan
tipe Hellman ini ada juga yang dibuat didalam negeri. Pada bagian depan alat ini terdapat sebuah pintu dalam keadaan tertutup. Penakar hujan tipe Hellman dilengkapi dengan bagian-bagian tertentu yang dapat melakukan pengukuran secara otomatis.
Pengukuran secara otomatis akan menunjukan curah hujan pada garis-garis vertikal yang terekam pada pias yang digulung pada silender. Bagian-bagian penakar hujan tipe hellman dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
(Gambar 2.4 penakar hujan tipe hellman) Keterangan gambar penakar hujan tipe hellman
1. Bibir atau mulut corong 2. Lebar corong
3. Tempat kunci atau gembok 4. Tangki pelampung
5. Silinder jam tempat meletakkan pias 6. Tangki pena
7. Tabung tempat pelampung 8. Pelampung
9. Pintu Penakar hujan 10. Alat penyimpan data
11. Alat pengatur tinggi-rendah selang gelas (siphon) 12. Selang gelas
13. Tempat kunci atau gembok
14. Panci pengumpul air hujan dengan volume tertentu.
Prinsip kerja penakar hujan tipe hellman, air hujan turun masuk melalui corong, kemudian terkumpul dalam tabung tempat pelampung. Air hujan ini menyebabkan pelampung serta tangkainya terangkat atau naik keatas.Pada tangkai
pelampung terdapat tongkat pena yang gerakkannya selalu mengikuti tangkai pelampung Gerakkan pena dicatat pada pias yang ditakkan/digulung pada silinder jam yang dapat berputar dengan bantuan tenaga pegas. Jika air dalam tabung hampir penuh (dapat dilihat pada lengkungan selang gelas), pena akan mencapai tempat maksimun pada pias. Setelah air mencapai atau melewati puncak lengkungan selang gelas, maka berdasarkaan sistem siphon otomatis (sistem selang air), air dalam tabung akan keluar sampai ketinggian ujung selang dalam tabung. Bersamaan dengan keluarnya air, tangki pelampung dan pena turun dan pencatatannya pada pias merupakan garis lurus vertikal. Jika hujan masih terus-menerus turun, maka pelampung akan naik kembali menuju ke atas tabung. Dengan demikian jumlah curah hujan dapat dihitung atau ditentukan dengan menghitung garis-garis vertikal.
3. Penakar Hujan Tipe Weighing Bucket
Jenis penakar hujan tipe weighing bucket terdiri atas corong penangkap air hujan yang ditempatkan di atas ember penampung air yang terletak di atas timbangan yang dilengkapi dengan alat pencatat otomatis. Bagian-bagian penakar hujan tipe weighing bucket dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
(gambar 2.5 penakar hujan tipe weghing bucket)
Prinsip kerja penakar hujan tipe weighing bucket, Alat pencatat otomatis pada timbangan dihubungkan ke permukaan kertas grafik yang tergulung pada sebuah kaleng silinder. Dengan demikian, setiap terjadi hujan, air hujan tertampung oleh corong akan dialirkan ke dalam ember yang terletak di atas timbangan. Setiap ada penambahan air hujan ke dalam ember, timbangan akan bergerak turun. Gerakan timbangan ini menggerakkan alat pencatat yang berhubungan dengan kertas grafik sedemikian rupa sehingga perubahan volume air hujan yang masuk ke dalam ember dapat tercatat pada kertas grafik. Setiap periode waktu tertentu gulungan kerta grafik
dilepaskan untuk dilakukan analisis dan apabila sudah waktunya, kertas grafik dan tinta perlu diganti dengan yang baru.
4. Penakar Hujan Tipe Tipping Bucket (Cawan Berjungkit)
Alat ukur curah hujan tipe cawan berjungkit terdiri dari corong yang mengumpulkan air dan menyalurkan curah hujan ke dalam wadah seperti bentuk cawan berjungkit. Jungkitan pada alat ini sebanding dengan jumlah volume air hujan yang turun pada corongnya. Jumlah curah hujan dalam satuan milimeter dapat ditentukan dengan membagi jumlah volume air yang diukur dengan luas penampang corong. Setelah jumlah volume diatur pada baut penyetelan di bawah cawan dengan mengatur ketinggiannya. Semakin tinggi baut penyetelan, semakin sedikit volume air untuk melakukan satu kali jungkitan. Air yang terkumpul pada corong pembuangan akan menggerakkan tuas cawan untuk berjungkit. Jungkitan tersebut akan menghasilkan sinyal elektrik dari transduser yang terpasang pada sumbu tuas jungkit.
Alat ukur curah hujan tipe cawan berjungkit tidak seakurat alat ukur hujan standar, rancangan National Weather Service (NWS) Amerika Serikat dengan akurasi sampai kurang dari 2%, karena curah hujan bisa berhenti sebelum tuas telah berjungkit.
Ketika periode berikutnya hujan mulai turun lagi, yang terdapat probabilitas diperlukan tidak lebih dari satu atau dua tetes agar tuas berjungkit. Hal ini kemudian akan mengakibatkan cawan menjungkit kurang dari volume air yang telah disetel.
Tipe cawan berjungkit ini juga cenderung terjadi kesalahan dalam mengukur jumlah curah hujan, khususnya saat peristiwa salju dan hujan deras. Keuntungan dari alat ukur curah hujan tipe cawan berjungkit adalah bahwa karakter hujan, yaitu ringan (< 2,5 mm/jam), sedang (2,5–7,6 mm/jam), atau berat (> 7,6 mm/jam), dapat dengan mudah diperoleh. Karakter curah hujan ditentukan oleh jumlah total air hujan yang telah jatuh dalam jangka waktu tertentu. Namun, dalam menghitung jumlah jungkit dapat digunakan sample waktu sekitar 10 menit untuk menentukan karakter curah hujan. Pada tingkat intensitas curah hujan yang tinggi, dapat digunakan suatu algoritma untuk mengoreksi kesalahannya. Alat ukur curah hujan tipe cawan berjungkit ini juga dapat digabungkan dengan sensor berat. Dalam alat ukur ini, strain gauge dapat digunakan untuk mengukur massa air yang terkumpul dalam wadah penampung setiap saat. Setiap kali cawan berjungkit yang menghasilkan sinyal elektrik, strain gauge sensor berat dapat direset untuk mengukur dan
melakukan validasi pengukuran volume air. Untuk pengukuran curah hujan es dan salju, cawan berjungkit dapat dipanaskan untuk mencairkannya sehingga air dapat masuk ke saluran wadah penampungan. Kelemahan alat ukur curah hujan tipe cawan berjungkit tersebut dapat dihilangkan di Indonesia karena memiliki iklim tropis.
Indonesia beriklim tropis yang jarang terjadi hujan es dan salju sehingga kelemahan alat ukur cawan berjungkit akibat kesalahan pengukuran wujud hujan dalam es dan salju, yang seharusnya wujud air sesuai nilai yang disetel, akan dapat dikurangi efeknya.
(gambar 2.6 penakar hujan tipe cawan berjungkit)
2.3 Kalibrator Alat Ukur Curah Hujan 2.3.1 Pengertian Kalibrator
Kalibrator adalah suatu instumen yang digunakan untuk melakukan aktivasi kalibrasi. Kalibrasi merupakan suatu proses membandingkan nilai dari instrumen, seperti alat pengukur curah hujan dengan nilai standartnya. Kalibrasi adalah metode untuk menyelesaiakan perbedaan antara pengukuran dan model dan merupakan kegiatan untuk kontrol kualitas pengukuran. Beberapa penelitian tentang kalibrasi alat penakar curah hujan tipe Tipping Bucket telah dilakukan dengan metode yang berbeda oleh All Weather Inc, Waterlog, John Gorman, Molini, Iserloh, dan Aidin Pasarkhoo. Metode kalibrasi All Weather Inc menggunakan botol plastik yang berisi air dan dipasang di atas Tipping Bucket, dan dilakukan perhitungan jumlah jungkit secara manual (All Weather Inc, 2008). Metode kalibrasi Waterlog menggunakan botol berisi 198 ml air yang dialirkan melalui Tipping Bucket. Air yang sudah melewati Tipping Bucket ditampung di dalam dua buah gelas ukur kapasitas 250 ml.
Sistem kalibrasi ini menggunakan alat yang ringan dan kecil, tetapi manual dalam perhitungannya (Waterlog Series, 2017).
Metode kalibrasi yang dikembangkan oleh John Gorman menggunakan beberapa tabung yang berisi air yang ekivalen dengan curah hujan 20-50mm. Tabung ini dilengkapi dengan kendali untuk pengaturan laju aliran (Gorman, 2011).
Penelitian Molini adalah membuat kalibrator curah hujan yang menghasilkan aliran fluida konstan. Aliran fluida dihasilkan dari tangki level konstan yang diatur ketinggiannya menggunakan aktuator mekanik, serta tiga buah katup solenoid yang dipasangi nozzle dengan ukuran berbeda-beda. (Molini dkk, 2004). Gustari membuat klasifikasi curah hujan untuk menentukan rentang ukur pengujian, yang terdiri dari kategori: tidak hujan, hujan ringan, hujan sedang, hujan lebat, dan hujan sangat lebat (Gustari dkk, 2012). Penelitian Iserloh adalah mengembangkan simulasi hujan yang portable untuk mendapatkan karakteristik curah hujan (Iserloh dkk, 2013). Aidin Parsakhoo melakukan kalibrasi terhadap simulasi curah hujan menggunakan alat ukur curah hujan (Pasarkhoo dkk, 2012). Kalibrasi penakar hujan tipe tipping bucket adalah biasanya dilakukan dengan memberi tahu kuantitas air melalui mekanisme tipping pada berbagai intensitas dan dengan menyesuaikan mekanisme untuk volume masing-masing bucket yang telah diketahui.
Kalibrator otomatis telah dirancang oleh tim peneliti LIPI yang dinamakan Web Based Rain Gauge Calibrator untuk melakukan kalibarisi otomatis terhadap alat ukur curah hujan. Kalibrator otomatis ini hanya dapat digunakan untuk mengalibrasi penakar hujan tipe Tipping Bucket. Pemilihan ini didasarkan dari hasil pertama pengukuran curah hujan di laboratory intercomparasion oleh WMO dari september 2004 sampai september 2005 menunjukan bahwa hanya penakar hujan tipe tipping bucket yang menerapkan koreksi yang tepat terhadap acuan kesalahan mekanis yang sesuai dengan spesifikasi WMO terhadap akurasi yang dibutuhkan untuk pengukuran intensitas curah hujan. Web Based Rain Gauge Calibartor itu sendiri mengikuti standart kalibrasi National Metrology Institutes (NMI).
2.3.2 Karakterisasi Tabung Kalibrator
Pada tabung kalibrator dilakukan karakterisasi volume sebagai validasi untuk memastikan bahwa kalibrator curah hujan yang telah dibuat memenuhi persyaratan spesifikasinya. Karakterisasi volume dilakukan dengan metode gravimetri, yaitu dengan mengukur massa aliran fluida yang melewati alat ukur dan ditampung di sebuah tangki penampung. Tangki penampung ini diletakkan di atas timbangan agar
dapat langsung diukur massanya. Karakterisasi volume dilakukan di laboratorium volume Puslit Metrologi LIPI. Pembacaan nilai dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu standing start-finish dan flying start-finish. Standing start-finish atau uji awal- dan-akhir diam adalah pembacaan pada kondisi aliran cairan diam. Flying start-finish atau uji awal-dan-akhir berjalan adalah pembacaan pada kondisi aliran berjalan. Pada proses kalibrasi ini, metode yang dipakai adalah standing start-finish, karena volume kalibrator yang akan digunakan hanya pada 1 nilai yaitu pada volume sekitar 1 liter.
(gambar 2.7 tabung kalibrator penakar curah hujan)
Secara matematik penentuan volume tabung kalibrator didasarkan pada hukum kekekalan laju aliran massa, yaitu perubahan massa air pada tabung kalibrator (mp) yang didorong oleh pompa melalui selang dan disalurkan ketangki penampungan sama dengan perubahan massa air yang ditampung dalam tangki penampungan (mc).
=
Perubahan massa di dalam tabung kalibrator berhubungan dengan perubahan volume air (Δ ) dikalikan dengan densitas air yang mengalir pada selang dan tangki penampung (𝜌a) sehingga untuk menghitung volume dasar air dalam tabung kalibrator dapat digunakan formula:
Δ
Perubahan massa air di dalam tangki penampung diketahui dengan mengurangkan nilai massa akhir ( 2) dengan massa awal ( 1). Penimbangan dilakukan dengan timbangan yang kinerjanya dipengaruhi oleh densitas udara (𝜌𝑢), densitas air (𝜌a), dan densitas anak timbangan yang digunakan untuk mengkalibrasi timbangan (𝜌𝑏), sehingga untuk menghitung nilai massa air sebenarnya (true mass) digunakan formula berikut:
= ( )
Densitas udara dihitung dari temperatur udara (𝑇𝑢), tekanan udara (𝑃𝑢), dan kelembaban udara (RH) yang diukur selama pengambilan data, menggunakan pendekatan berikut (ISO/TR 20461 : 2000) :
=
Keterangan:
𝑇 : C
: 0.34844 (kg/m3 ⁄ : -0.00252 kg/m3
: 0.020582 (kg/m3 C
Densitas air atau massa jenis air (𝜌a) dihitung dari temperatur air (𝑇a) yang berada di dalam tangki penampung.
= (1- Keterengan:
: (-3,983035 ± 0.00067 C
: C : C : C
: (999,974950 ± 0,00084) ⁄
Volume dasar (Δ 𝑝) yang didapat pada persamaan diatas adalah nilai pada kondisi aktual pengukuran. Karena kondisi aktual pengukuran dapat berbeda, nilai volume yang dilaporkan adalah nilai volume dasar pada kondisi standar ( C).
Konversi Δ 𝑝 menjadi Δ 𝑝20 dihitung dengan formula berikut :
= [1- (𝑇 - c)]
Karena pengukuran dilakukan sebanyak n kali, maka nilai yang dilaporkan adalah nilai rata-rata volume dasar. adalah nilai volume dasar pada keadaan kondisi standar ( C). Nilai rata-rata volume dasar pada kondisi standar ( C) dihitung dengan formula:
̅̅̅̅̅̅̅ = ∑
2.4 Metode Gravimetri
Metode gravimetri merupakan metode standar yang digunakan oleh National Metrology Institutes (NMI) dan laboratorium untuk mengkalibrasi suatu alat ukur volumetri. Prinsip kerja dari metode gravimetri yaitu mengukur massa menggunakan timbangan/load cell dari suatu cairan dan mengonversinya dalam satuan volume dengan referensi suhu tertentu (umumnya 20 ºC). Cairan yang digunakan pada kalibrasi umumnya cairan dengan konduktivitas dibawah 5 μS/cm dan massa jenis yang diketahui. Standar persaamaan konversi satuan massa ke satuan volume dalam referensi suhu dijelaskan pada ISO 4787. Pada saat proses kalibrasi instrumen volumetri dengan menggunakan metode gravimetri dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut:
2.4.1 Pengukuran Massa
Pengukuran massa atau proses penimbangan merupakan tahapan yang sangat penting dalam metode gravimetri. Pada proses ini beberap faktor yang mempengaruhi hasil penimbangan diantaranya, kalibrasi dari timbangan/load cell yang dipakai (eccentricity, linearity & repeatibility), resolusi dan sensitifitas dari sensor berat yang digunakan, serta kelas dari timbangan dan massa jenis benda yang digunakan sebagai referensi pada saat kalibrasi.
2.4.2 Karakterisasi Air
Pada saat konversi satuan massa kedalam satuan volume dibutuhkan data berupa massa jenis. Penentuan massa jenis dapat dilakukan dengan perhitungan secara matematis atau dengan pengukuran langsung jika tidak terdapat air murni (air yang sudah dikertahui massa jenisnya umunya air distilasi). Suhu dari air berpengaruh dalam penentuan massa jenis dari air itu sendiri (densitas air), oleh karena itu suhu air harus dapat diukur dan dicatat tanpa mempengaruhi volume dari air.
2.4.3 Kondisi Lingkungan
Kondisi lingkungan berupa parameter suhu udara, kelembapan dan tekanan udara berpengaruh pada metode gravimetri terutama dalam hal penentuan massa jenis udata (densitas udara). Oleh karena itu kondisi lingkungan tersebut harus diukur pada proses kalibrasi, sehingga parameter telah diukur dapat dijadikan sebagai faktor
koreksi apabila terjadi ketidaksesuaian pada saat proses kalibrasi akibat pengaruh lingkungan.
2.4.4 Abstraction level of water
Abstractin level of water adalah kemampuan air dalam satuan volume tertentu untu merambat kepermukaan yang ditempatinya sampai pada batas ketinggian minimun, artinya tidak memiliki kemampuan lagi untuk merambat.
2.5 WEB
2.5.1 Pengertian Web
Web adalah salah satu aplikasi yang berisikan dokumen–dokumen multimedia seperti teks, gambar, suara, animasi, video dan format lainya yang disimpan bersama dalam sebuah hosting server untuk mengakses menggunakan perangkat lunak yang disebut browser”. Kemampuan situs web untuk menyimpan informasi yang dapat diunduh di setiap tempat yang dapat diakses melalui internet digunakan pada kalibrator pengukur curah hujan berbasis web.
2.5.2 Aplikasi Berbasis Web
WWW adalah jaringan beribu-ribu komputer yang dikategorikan menjadi dua, yaitu client dan server dengan menggunakan software khusus membentuk sebuah jaringan client-server. HTTP (Hyper-text Transfer Protokol) adalah suatu protokol yang menentukan aturan yang perlu diikuti oleh web browser dalam meminta atau mengambil sesuatu dokumen dan oleh web server dalam menyediakan dokumen yang diminta web browser atau oleh pengguna aplikasi web itu sendiri.
Adapun penjelasan web browser dan web server adalah sebagai berikut:
1. Web Browser, Web Browser atau biasa disebut browser merupakan suatu program yang dirancang untuk mengambil informasi-informasi dari suatu server komputer pada jaringan internet. Adapun software atau program yang digunakan pada web browser adalah Linux, Mosaic buatan NCSA, Internet Explorer dari Microsoft.
2. Web Server, Web Server adalah penyedia akses atau sumber informasi berupa jaringan client-server interaktif yang mengunakan teknologi word wide web.
Web browser berkomunikasi dengan web server lewat jaringan komunikasi mengunakan protokol HTTP. Perangkat lunak yang terdapat pada web server
adalah CERN HTTPD server (web server pertama), Apache HTTPD server (biasa disebut Apache web server), Microsoft IIS (Internet Information Server).
2.5.3 Pemrograman Web
Situs web dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu web statis dan web dinamis atau interaktif. Web statis adalah web yang menampilkan informasi-informasi yang sifatnya tetap sedang web dinamis adalah web yang menampilkan informasi serta dapat berinteraksi dengan user (pengguna) yang sifatnya dinamis. Untuk membuat web dinamis dibutuhkan kemampuan pemrograman web. Dalam pemrogram web ada dua kategori, yaitu server-side programming dan client-side programing.
Pada server-side programming, perintah-perintah program (script) dijalankan pada web server, kemudian hasilnya dikirimkan ke web browser dalam bentuk HTML biasa. Gambar akses data pada server side programming dapat dilihat dibawah ini.
internet script
Web browser
script
hasil
Web server
client
Hasil eksekusi script dalam bentuk html
(gambar 2.8 server-side programming)
Pada client-side programming perintah program dijalankan di web browser, sehingga ketika client meminta dokumen yang mengandung script, maka script tersebut akan di download dari server kemudian dijalankan di browser yang meminta dokumen. Gambar akses data pada client side progrmming dapat dilihat dibawah ini.
internet kode html
Web browser
kode html
html
Web server
client
html dijalankan
(gambar 2.9 client-side programming)
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Pelaksanaan penelitian dilakukan pada tanggal 03 Februari – 04 Mei 2020, bertempat di Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2F LIPI) yang beralamat di Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, Banten.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
1. Pompa air 12v 200 RPM
Fungsi : berfungsi untuk sumber daya untuk memindahkan air dari tabung kalibrator ketempat penampungan air.
2. Modul relay
Fungsi : untuk membuat swicth otomatis pompa.
3. Jumper
Fungsi : untuk menghubangkan rangkaian modul relay dengan pompa, dan menghubungkan arduino nano dengan modul relay.
4. Adaptor 12 volt
Fungsi : untuk menghubungkan pompa dengan sumber arus 5. Arduino nano
Fungsi : befungsi sebagi mikrokomtroler untuk menjalankan program pompa otamatis.
6. Neraca
Fungsi : untuk menimbang massa air sisa pada tabung kalibrator.
7. Pipa paralon
Fungsi : berfungsi sebagai tabung kalibrator untuk menampung air air yang akan dikalibrasi.
3.2.2 Bahan 1. Air aqua
Fungsi : sebagai bahan simulator curah hujan.
3.3 Digram Blok
(Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem)
3.3.1 Penjelasan fungsi tiap blok
1. Blok Adaptor 12 V : Sebagai sumber tegangan untuk mengaktifkan pompa air.
2. Blok pompa air otomatis : Sebagi pompa untuk mengalirkan air dari tabung kalibrator ke tabung penampungan atau ke alat ukur curah
hujan yang akan dikalibrasi.
3. Blok tabung kalibrator : Sebagai tempat simulator curah hujan atau air yang digunakan untuk
mengalibrasi alat ukur curah hujan.
Pompa air otomatis Adaptor 12 V
Tabung kalibrator
Tabung pembuangan
a air
Modul relay Arduino nano
Laptop Timbangan
Digital
4. Blok timbangan digital : Untuk mebukur massa air sisa dalam tabung kalibrator.
5. Blok tabung penampungan : Sebagai tempat menampung air yang dialirkan dari tabung kalibrator.
6. Blok modul relay : Sebagai switch otomatis pompa.
7. Blok arduino uno : Sebagai pengolah data algoritma program pompa otomatis.
8. Blok laptop :Sebagai software aplikasi membuat program arduino nano pompa otomatis.
3.3.2 Rangkaian Pompa air Otomatis VCC
GND
(Gambar 3.2 Skematik Rangkaian pompa Otomatis)
Rangakain pompa otomatis ini menggunakan modul relay sebagai switching on/off motor pompa 12 volt 200 rpm. Pada rangkaian pin vcc arduino dihubungkan dengan pin v in modul relay, pin Ground arduino dihubungkan dengan pin Ground Modul relay, dan pin D2 arduino dihubungkan dengan pin input data pada modul relay. Pin Normally open modul relay dihubungkan dengan kutub motor pompa, pin commom modul relay dihubungkan dengan ground power suplay, vcc power suplay dihubungkan dengan motor pompa. Rangkaian ini hanya berfungsi untuk menghidupkan pompa 60 detik dan mati 30 detik, artinnya apabila pompa sudah
bekerja selama 60 detik pompa akan otomatis mati selama selang waktu 30 detik dan hidup kembali selama 60 detik, pompa otomatis on/off ini akan terus bekerja selama pompa catu daya masi ada. Rangkain pompa otomatis berfungsi untuk menjaga waktu tetap sama selama melakukan proses kalibrasi pada pengujian setiap ukuran diameter tabung kalibrator.
(Gambar 3.3 gambar rangkaian pompa otomatis)
3.3.3 Program Arduino Pompa Otomatis int relay = 2;
int lampuHidup = HIGH;
int lampuMati = LOW;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(relay,OUTPUT);
digitalWrite(relay,lampuHidup);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
12 V Power suplay
Modul relay 12 volt
Motor pompa 12 volt 200 rpm Arduino
nano v3
digitalWrite(relay,lampuMati);
delay(60000);
digitalWrite(relay,lampuHidup);
delay(30000);
}
3.3.4 Flowcart Program Pompa Otomatis
(Gambar 3.4 Flowchart Program Pompa Otomatis) Mulai
Int relay = 2
Int lampu hidup = high Int lampu mati = low
Arduino + Relay
Jika lampu
hidup
ya
Pompa Hidup
Pompa mati tidak
Selesai
3.3.5 Komponen Pompa Air Otomatis 1. Arduino nano v3.0
Gambar 3.5 (gambar arduino nano v3.0)
Arduino nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino nano menggungakan mikrokontroler Atmega328. Mikrokontroler adalah chip atau IC (Itegrated Circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Mikrokontroler pada arduino berfungsis sebagai otak yang mengendalikan input, proses, dan output sebuah rangkaian elektronika. Arduino nano tidak memiliki colokan DC berjenis Barrel Jack, dihubungkan ke komputer menggunkan USB-mini.
Konfigurasi pin arduino nano V3.0
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya digital.
2. GND merupakan pin ground untuk catu daya digital.
3. AREF merupakan Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analogReference().
4. RESET merupakan Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Arduino.
5. Serial RX (0) merupakan pin yang berfungsi sebagai penerima TTL data serial.
6. Serial TX (1) merupakan pin yang berfungsi sebagai pengirim TT data serial.
7. External Interrupt (Interupsi Eksternal) merupakan pin yang dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau perubahan nilai.
8. Output PWM 8-Bitmerupakan pin yang berfungsi untuk analogWrite.
9. SPI merupakan pin yang berfungsi sebagai pendukung komunikasi.
10. LED merupakan pin yang berfungsi sebagai pin yag diset bernilai HIGH, maka LED akan menyala, ketika pin diset bernilai LOW maka LED padam. LED Tersedia secara built-in pada papan Arduino Nano.
11. Input Analog (A0-A7) merupakan pin yang berfungsi sebagi pin yang dapat diukur/diatur dari mulai Ground sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka menggunakan fungsi analogReference.
Tabel 3.1 (konfigurasi pin arduino nano)
Nomor pin arduino nano Nama pin arduino nano
1 Digital Pin 1 (TX)
2 Digital Pin 0 (RX)
3 & 28 Reset
4 & 29 GND
5 Digital Pin 2
6 Digital Pin 3 (PWM)
7 Digital Pin 4
8 Digital Pin 5 (PWM)
9 Digital Pin 6 (PWM)
10 Digital Pin 7
11 Digital Pin 8
12 Digital Pin 9 (PWM)
13 Digital Pin 10 (PWM-SS)
14 Digitl Pin 11 (PWM-MOSI)
15 Digital Pin 12 (MISO)
16 Digital Pin 13 (SCK)
18 AREF
19 Analog Input 0
20 Analog Input 1
21 Analog Input 2
22 Analog Input 3
23 Analog Input 4
24 Analog Input 5
25 Analog Input 6
26 Analog Input 7
27 VCC
30 Vin
spesifikasi arduino nano
berikut ini adalah spesifikasi arduino nano:
1. Mikrokontroler Atmel Atmega168 atau Atmega328.
2. 5 V Tegangan Operasi.
3. 7-12V Input Voltage (disarankan.
4. 6-20V Input Voltage (limit).
5. Pin Digital I/O14 (6 pin digunakan sebagai output PWM).
6. 8 Pin Input Analog.
7. 40 mA Arus DC per pin I/O.
8. Flash Memory16KB (Atmega168) atau 32KB (Atmega328) 2KB digunakan oleh Bootloader.
9. 1 KbyteSRAM (Atmega168) atau 2 Kbyte(Atmega328).
10. 512 ByteEEPROM (Atmega168) atau 1Kbyte (Atmega328).
11. 16 MHz Clock Speed.
12. Ukuran1.85cm x 4.3cm
2. Modul Relay 5 Volt
Gambar 3.6 (Gambar modul relay 5 volt)
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch).
Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Modul relay ini dapat digunakan sebagai switch untuk
menjalankan berbagai peralatan elektronik. Misalnya motor pompa air, dan berbagai peralatan elektronik lainnya. Kendali ON/OFF switch (relay), sepenuhnya ditentukan oleh perintah input yang diprogram pada software arduino nano, setelah diproses Mikrokontroler akan menghasilkan perintah kepada relay untuk melakukan fungsi ON/OFF.
3. Pompa 12 V 200RPM
Gambar 3.6 (pompa air 12 Volt 200 rpm)
Pompa adalah alat yang digunakan untuk memindahkan cairan (fluida) dari suatu tempat ke tempat yang lain, melalui media pipa (saluran) dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung terus menerus.
Pompa dihidupkan dengan memberi catu daya 12 Volt. Pompa 200 rpm artinya adalah bahwa kecepatan pompa 200 rotasi per menit. Pompa air ini memiliki dua katub selang yang saling berhubungan yang berfungsi sebagai katub mengalirkan air keluar dari pompa.
3.4 Diagram Alir
Gambar 3.7 (Diagram Alir) Mulai
Studi Literatur
Mendisain tabung kalibrator kalibr
Merangkai dan memprogram Pompa
Otomatis
Melakukan proses kalibrasi selama 1 menit
Menimbang massa tabung kalibrator dan massa air
standart 320 gram
Menvariasikan ukuran diameter tabung kalibrator
Analisa Data
Menimbang dan mencatat perubahan massa air sisa dalam tabung
kalibrator
Selesai
3.5 Persamaan Hubungan massa air sisa dengan Diameter
Persamaan hubungan massa dengan volume, massa jenis suatu benda adalah massa persatuan volume. Secara sistematis ditulis sebagai berikut;
= (3.1) Dari persamaan diatas dapat diturunkan menjadi
m = x V (3.2) V = t (3.3) Substitusi persamaan (3.3) pada persama (3.2), maka diperoleh persamaan
m = t (3.4) Karena phi dan rho adalah konstanta maka persamaan diatas dapat dituliskan menjadi:
m = t (3.5) m = (3.6)
karena nilai adalah konstanta maka dari persamaan 3.6 dapat diperoleh persamaan sebagai berikut.
m = (3.7) keterangan:
m = Massa Air V = Volume Tabung = rho(massa jenis air) r = jari-jari
= phi (3,14) t = ketinggian
Dari persamaan 3.7 diketahui bahwa massa air dalam suatu wadah akan berbanding lurus dengan nilai kuadratis diameter tabung atau wadah yang ditempatinya.
3.6 Analisis Data
Pengambilan data dilakukan untuk mengetahui nilai kesalahan atau massa air sisa pada kalibrator pengukur curah hujan berbasis web menggunakan ukuran diameter tabung kalibrator yang berbeda. Kesalahan kalibrator diketahui dengan cara menimbang massa air sisa mengunakan neraca digital. Massa air sisa adalah nilai selisih massa tabung kalibrator setelah setelah selesai proses kalibrasi dengan massa awal tabung sebelum air dimasukkan pada tabung kalibrator. Perubahan massa yang ditimbang menggunakan neraca digital, Semakin kecil perubahan massa pada tabung kalibrator semakin kecil kesalahan dari kalibrator pengukur curah hujan berbasis web digunakan untuk mengalibrasi. Kalibrator pengukur curah hujan berbasis web dengan kesalahan lebih kecil akan lebih baik digunakan untuk mengalibrasi alat ukur curah hujan.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan
4.1.1 Pengamatan Pengaruh Diameter Tabung Terhadap Kesalahan Kalibator Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh diameter tabung kalibrator terhadap kesalahan kalibrator pengukur curah hujan berbasis web.
Kalibrator pengukur curah hujan berbasis web yang memiliki nilai kesalahan lebih kecil akan memiliki akurasi lebih baik. Kesalahan kalibrator pengukur curah hujan berbasis web adalah nilai perubahan massa air sisa dalam tabung kalibrator. Dalam pengamatan pengaruh diameter terhadap akurasi kalibrator, dilakukan pengujian terhadap masing-masing tabung kalibrator dengan ukuran diameter (1 inch, 1,5 inch, 2 inch, 2,5 inch, 3 inch, dan 4 inch) dengan melihat perubahan massa air sisa dalam tabung kalibrator setelah selesai melakukan proses kalibrasi dalam waktu 1 menit.
Massa air sisa dalam tabung diketahui dengan cara menimbang perubahan massa air sisa dari massa standart yang digunakan yaitu, 320 gram. Pada masing-masing ukuran diameter tabung kalibrator dilakukan 10 kali pengujian untuk melihat kestabilan hasil perubahan massa asir sisa terhadap ukuran diameter tabung kalibrator.
4.1.1.1 Tabel hasil Perubahan Massa air sisa pada setiap Diameter Tabel 4.1 Perubahan massa air sisa pada diameter 1,5 inch
percobaan m(gram)
1 2,6
2 2,6
3 2,6
4 2,6
5 2,6
6 2,7
7 2,8
8 2,8
9 2,9
10 2,9
̅̅̅̅̅ 2,71
Dari hasil pengamatan pengujian perubahan massa air sisa pada tabel 4.1 untuk diameter 1,5 inch diperoleh nilai rata-rata perubahan massa air sisa 2,71 gram.
Pengujian perubahan massa pada diameter 1,5 inch nilai kesalahan pengukurannya sangat kecil yaitu 0,3 gram artinya pengujian yang dilakukan sudah cukup stabil.
Tabel 4.2 Perubahan massa air sisa pada diameter 2 inch
percobaan m(gram)
1 5,7
2 5,7
3 5,7
4 5,9
5 5,9
6 6
7 6,1
8 6,2
9 6,3
10 6,3
̅̅̅̅̅ 5,98
Dari hasil pengamatan pengujian perubahan massa air sisa pada tabel 4.2 untuk diameter 2 inch diperoleh nilai rata-rata perubahan massa air sisa 5,9 gram.
Pengujian perubahan massa pada diameter 2 inch nilai kesalahan pengukurannya sangat kecil yaitu 0,6 gram artinya pengujian yang dilakukan sudah cukup stabil.
Tabel 4.3 perubahan massa air sisa pada tabung 2,5 inch
percobaan m(gram)
1 9,2
2 9,2
3 9,3
4 9,4
5 9,4
6 9,5
7 9,5
8 9,5
9 9,6
10 9,6
̅̅̅̅̅ 9,42
Dari hasil pengamatan pengujian perubahan massa air sisa pada tabel 4.3 untuk diameter 2,5 inch diperoleh nilai rata-rata perubahan massa air sisa 9,42 gram.
Pengujian perubahan massa pada diameter 2,5 inch nilai kesalahan pengukurannya sangat kecil yaitu 0,4 gram artinya pengujian yang dilakukan sudah cukup stabil.
Tabel 4.4 perubahan massa air sisa pada diameter 3 inch
percobaan m(gram)
1 13,1
2 13,1
3 13,1
4 13,2
5 13,2
6 13,4
7 13,4
8 13,5
9 13,5
10 13,5
̅̅̅̅̅ 13,3
Dari hasil pengamatan pengujian perubahan massa air sisa pada tabel 4.4 untuk diameter 3 inch diperoleh nilai rata-rata perubahan massa air sisa 13,3 gram.
Pengujian perubahan massa pada diameter 3 inch nilai kesalahan pengukurannya sangat kecil yaitu 0,4 gram artinya pengujian yang dilakukan sudah cukup stabil.
Tabel 4.5 perubahan massa air sisa pada diameter 4 inch
percobaan m(gram)
1 25,6
2 25,7
3 25,8
4 25,8
5 25,8
6 25,9
7 25,9
8 25,9
9 25,9
10 26
̅̅̅̅̅ 25,83
Dari hasil pengamatan pengujian perubahan massa air sisa pada tabel 4.5 untuk diameter 4 inch diperoleh nilai rata-rata perubahan massa air sisa 25,83 gram.
Pengujian perubahan massa pada diameter 3 inch nilai kesalahan pengukurannya sangat kecil yaitu 0,4 gram artinya pengujian yang dilakukan sudah cukup stabil.
Hasil nilai perubahan massa air sisa dari masing-masing ukuran diamater mendapat hasil yang berbeda yaitu, semakin besar ukuran diameter tabung kalibrator semakin besar perubahan massa air sisa.
4.1.1.2 Hubungan Diameter Terhadap nilai rata-rata Perubahan Massa air sisa Tabel 4.6 Hubungan diameter terhadap nilai rata-rata perubahan massa air sisa
d (inch)
̅̅̅̅̅ (gram)
1,5 2,71
2 5,98
2,5 9,42
3 13,3
4 25,83
