1
RANCANG BANGUN PENDETEKSI KESADAHAN AIR
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
Sy. Syahrorini*1, Dwi Hadidjaja*2 1,2
Program Studi Teknik Elektrok, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sidoarjo1,2 *1
syahrorinimulyadi@yahoo.co.id, *2hadidjajadwi@ymail.com
ABSTRAK
Kesadahan air merupakan air yang mengandung kadar zat kapur tinggi. Air dikatakan sebagai air sadah apabila terdapat kandungan zat kapur sebesar 500 mg/liter sesuai Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum. Dengan mengkonsumsi air yang mengandung kadar kesadahan melebihi 500 mg/liter menyebabkan timbulnya penyakit salah satunya batu ginjal. Selain itu, air yang mengandung kesadahan tinggi merugikan industri, karena kadar kesadahan dalam air menyebabkan pengendapan pada kran-kran air dan sabun tidak berbusa. Persyaratan air sehat harus memenuhi persyaratan fisik, persyaratan biologis dan persyaratan kimia. Persyaratan kesehatan air bersih aman untuk dikonsumsi dan tidak menyebabkan penyakit sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku dan dapat diminum apabila dimasak. Rancang bangun pendeteksi kesadahan air berbasis mikrokontroller Atmega8535, pendeteksinya menggunakan metal keping dari bahan perak sebagai pendeteksi perubahan resistansi. Tegangan keluaran metal keping menjadi masukan bagi ADC. Hasil pengujian diperoleh bahwa air sesudah dimasak mengandung kadar kesadahan maximum 96 ppm, sedangkan air sebelum dimasak mengandung kadar kesadahan maximum 98 ppm. Hasil penelitian air yang sudah dimasak kadar kesadahan turun sehingga layak untuk dikonsumsi.
Kata Kunci : Mikrokontroller ATMEGA8535, Kesadahan
THE ABSTRACT
The hardnes of water is water that contains high calcium. According to the Regulation of Health Minister of Republic Indonesia (No.429/MENKES/PER/IV/2010) about drinking water quality requirements, water can be said in hardnes condition if it has 500 mg/liter of calcium. If someone consume some water with the hardnes more than 500 mg/liter, it may creates problems of health, one of them is kidney stone. In addition, this kind of water can harm the industry because it causes precipitation of its taps and unlather soaps. Healthy water must fulfil the physical, biological & chemical requirements. It means, this water is safe for consumption & doesn’t impact to humani’s health as the government’s restriction and can be drunk after it is boiled. The design of detection of the hardness of water can use a microcontroller based Atmega8535. The detector uses a piece of metal from silver to detect the changes of its resitance. The output of metal pieces voltage is the input of ADC. The experiment shows that cooked water’s hardnes maximum point is 96 ppm, while uncooked water can reach the maximum point in 98 ppm. The result of the research proves that the level of hardnes in the water descents after the process of boiling so it is safe to be comsumed.
2
1. Pendahuluan
Kehidupan manusia tidak dapat dipisahkan oleh suatu unsur yang disebut air. Pengolahan dan pengembangan sumber daya air yang konsisten merupakan dasar peradapan manusia[1]. Kehidupan sehari-hari manusia tidak terlepas dari kebutuhan air, terutama dalam kebutuhan air minum selain air yang digunakan untuk mandi, mencuci dan memasak. Berdasarkan kesehatan setiap orang memerlukan air minum sebanyak 2,5-3 liter setiap hari termasuk air yang berada dalam makanan[2].
Persyaratan air sehat harus memenuhi persyaratan fisik, persyaratan biologis dan persyaratan kimia. Persyaratan kimia salah satunya yang dapat merugikan dan membahayakan kesehatan manusia adalah kesadahan[2]. Menurut Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No.492/MEN-KES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum, kadar maksimum kesadahan yang diperbolehkan adalah 500 mg/l.
Disamping dapat menimbulkan suatu penyakit pada manusia air yang mempunyai tingkat kesadahan tinggi dapat juga menyebabkan timbulnya kerak pada peralatan masak, menimbulkan endapan berwarna putih, menyebabkan sabun kurang membusa sehingga meningkatkan konsumsi sabun, menimbulkan korosi pada peralatan yang terbuat dari besi. Penyumbatan pipa logam karena endapan CaCO3, menyebabkan pengerakan pada peralatan logam untuk memasak sehingga penggunaan energi menjadi boros.
Rancang bangun pendeteksi kesadahan air berbasis mikrokontroller Atmega8535, pendeteksinya menggunakan metal keping dari bahan perak sebagai pendeteksi perubahan resistansi. Tegangan yang keluar dari metal keping ini kemudian menjadi masukan bagi ADC. Untuk penghitungan digunakan mikrokontroler ATMEGA 8535 dan hasilnya ditampilkan pada LCD. Hasil pengukuran kesadahan ditampilkan di LCD pada saat alat mendeteksi kesadahan air. Kesadahan air adalah hasil ukur kandungan kadar zat kapur (CaCO3) dalam satuan ppm dan kondisi keadaan air tersebut.
2. Metodologi Penelitian
Untuk memecahkan permasalahan penelitian ini dapat dilihat pada flowchart pemecahan masalah seperti pada Gambar 1.
3
2.1. Perancangan Sistem
Secara umum, prinsip kerja alat pendeteksi kesadahan air ini dapat digambarkan melalui blok diagram (Gambar 2)
Gbr. 2. Blok Diagram Sistem kerja
2.2. Rangkaian Pendeteksi Kesadahan Air
Rangkaian pendeteksi kesadahan air ini terdiri dari rangkaian catu daya, dan mikrocontroller a) Catu Daya
Rangkaian ini berfungsi untuk menyuplai sumber tegangan DC yang diperlukan.
Gbr. 3. Rangkaian Catu Daya b) Rangkaian Metal Keping
Gbr. 4. Rangkaian Metal Keping Sejajar c) Mikrocontroller
Mikrocontroller merupakan pusat pengendali dari bagian input dan keluaran serta pengolahan data. Mikrocontroller yang digunakan adalah Atmega8535.
Gbr. 5. Rangkaian Mikrocontroller Atmega8535
Port A digunakan sebagai input dari sensor karena merupakan salah satu pin ADC, sedangkan port C digunakan sebagai pin output ke LCD.
4
2.3. Sensor Metal Keping
Input metal keping sejajar ini berupa tegangan sebesar 5 volt dari rangkaian catu daya. Outputnya berupa tegangan yang kemudian akan diolah oleh ADC mikrocontroller.
Spesifikasi dari metal keping sejajar adalah
a) Terdiri dari dua keping kawat perak, dengan ukuran setiap kepingnya 7 cm x 1cm
b) Jarak pemasangan kedua keping kawat perak adalah 3 cm. Dipilih ukuran jarak 3 cm supanya kedua keping kawat perak berada pas, jadi tidak terlalu berhimpit dan juga tidak terlalu jauh.
Gbr. 6. Metal Keping Sejajar
3. Hasil Penelitian dan Pembahasan
3.1. Pengujian Sensor Metal Keping Sejajar
Pengujian metal keping sejajar untuk melihat perubahan nilai tegangan dari air yang diinginkan sebagai acuan.
Gbr. 7. Konfigurasi Pengukuran Output Metal Keping Sejajar
Pengujian dilakukan dengan melihat perubahan tegangan yang dideteksi oleh metal keping sejajar. Perubahan tegangan pada air akan dideteksi oleh LED yang terangnya berubah sesuai dengan banyaknya kadar zat kapur dalam air.
Tabel 1. Hasil Pengujian Metal Keping Sejajar Data ADC
yang terbaca Tegangan (Volt)
537 2,62 515 2,51 516 2,52 518 2,53 514 2,51 514 2,51 515 2,51 517 2,52 515 2,51 515 2,51
Sensor bekerja dengan baik sesuai dengan perhitungan sebagai berikut: Ketelitian = AVcc / Jumlah Bit
= 5 /1024 = 0,00488281 Volt = 4,88281 mV 3 cm 7 c m
5
Nilai ketelitian tersebut dapat diketahui tegangan yang diukur. Tegangan = Data ADC * Ketelitian
= 537 * 0,00488281 = 2,62
Perhitungan konversi kadar kesadahan air dalam satuan mililiter menjadi (ppm). Bila data ADC yang di dapat 537 maka,
ppm = (Data ADC / Jumlah Bit) * max ppm
ppm = ∗ 180
ppm = 94
Tabel 2. Kalibrasi sensor metal keping sejajar Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 537 2,62 94 515 2,51 90 516 2,52 90 518 2,53 91 514 2,51 90 514 2,51 90 515 2,51 90 517 2,52 90 515 2,51 90 515 2,51 90
3.2. Hasil Pengujian dan Analisa Sistem
a) Pengujian Pada Air Sumur
Hasil pengujian Air Sumur selama 5 kali dengan volume yang berbeda 200 ml dan 150 ml, ditunjukkan pada Tabel 3, 4, 5, 6.
Tabel 3. Hasil pengujian air sumur sebelum di masak dengan vol. 200 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 539 2,63 95 541 2,64 95 542 2,64 95 551 2,69 97 555 2,70 98
Gbr. 8. Grafik hasil pengujian air sumur sebelum di masak dengan vol. 200 ml
Tabel 3. Menyajikan hasil pengujian ke-1 sampai ke-3 menunjukkan kadar zat kapur 95 ppm, pengujian ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 97 ppm dan pengujian k-5 menunjukkan kadar zat kapur 98 ppm. Dari Gbr. 8. Menunjukkan grafik hasil pengujian air sumur sebelum dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
6
Tabel 4. Hasil pengujian air sumur sebelum di masak dengan vol. 150 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 510 2,49 90 513 2,50 90 517 2,52 91 520 2,53 91 538 2,62 95
Gbr. 9. Grafik hasil pengujian air sumur sebelum di masak dengan vol. 150 ml
Tabel 4. Menyajikan hasil pengujian ke-1 dan ke-2 menunjukkan kadar zat kapur 90 ppm, sedang pengujian ke-3 dan ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 91 ppm, pada pengujian ke-5 mengalami kenaikan kadar zat kapur 95 ppm. Dari Gbr. 9. Menunjukkan grafik hasil pengujian air sumur sebelum dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
Tabel 5. Hasil pengujian air sumur sesudah di masak dengan vol. 200 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 532 2,59 94 536 2,61 94 539 2,63 95 541 2,64 95 546 2,66 96
Gbr. 10. Grafik hasil pengujian air sumur sesudah di masak dengan vol. 200 ml
Tabel 5. Menyajikan hasil pengujian ke-1 dan ke-2 menunjukkan kadar zat kapur 94 ppm, pengujian ke-3 dan ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 95 ppm, sedang pengujian ke-5 menunjukkan kadar zat kapur 96 ppm. Dari Gbr. 10. Menunjukkan grafik hasil pengujian air sumur sesudah dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur lebih rendah 1-2 ppm dibandingkan sebelum dimasak, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
7
Tabel 6. Hasil pengujian air sumur sesudah di masak dengan vol. 150 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 531 2,59 93 531 2,59 93 531 2,59 93 533 2,6 94 535 2,61 94
Gbr. 11. Grafik hasil pengujian air sumur sesudah di masak dengan vol. 150 ml
Tabel 6. Menyajikan hasil pengujian ke-1 sampai ke-3 menunjukkan kadar zat kapur 93 ppm, pengujian ke-4 dan ke-5 menunjukkan kadar zat kapur 94 ppm. Dari Gbr. 11. Menunjukkan grafik hasil pengujian air sumur sesudah dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur lebih rendah 1 - 3 ppm dibandingkan sebelum dimasak, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
b) Pengujian Pada Air Sumber Pandaan
Dari hasil pengamatan percobaan yang dilakukan pada pengujian Air Sumber Pandaan selama 5 kali dengan volume yang berbeda 200 ml dan 150 ml, ditunjukkan pada Tabel 7, 8, 9, 10.
Tabel 7. Hasil pengujian air sumber pandaan sebelum di masak dengan vol. 200 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 537 2,62 94 538 2,62 95 540 2,63 95 540 2,63 95 542 2,64 95
Gbr. 12. Grafik hasil pengujian air sumber pandaan sebelum di masak dengan vol. 200 ml
Tabel 7. Menyajikan hasil pengujian ke-1 menunjukkan kadar zat kapur 94 ppm, pengujian ke-1 sampai ke-5 menunjukkan kadar zat kapur 95 ppm. Dari Gbr. 12. Menunjukkan grafik hasil pengujian
8
air sumber pandaan sebelum dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
Tabel 8. Hasil pengujian air sumber pandaan sebelum di masak dengan vol. 150 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 525 2,56 92 527 2,57 93 529 2,58 93 534 2,60 94 539 2,63 95
Gbr. 13. Grafik hasil pengujian air sumber pandaan sebelum di masak dengan vol. 150 ml
Tabel 8. Menyajikan hasil pengujian ke-1 menunjukkan kadar zat kapur 92 ppm, pengujian ke-2 dan ke-3 menunjukkan kadar zat kapur 93 ppm, pengujian ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 94 ppm, dan pada saat pengujian ke-5 mengalami kenaikan kadar zat kapur 95 ppm. Dari Gbr. 13. Menunjukkan grafik hasil pengujian air sumber pandaan sebelum dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
Tabel 9. Hasil pengujian air sumber pandaan sesudah di masak dengan vol. 200 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 535 2,61 94 537 2,62 94 539 2,63 95 543 2,65 95 546 2,66 96
Gbr. 14. Grafik hasil pengujian air sumber pandaan sesudah di masak dengan vol. 200 ml
Tabel 9. Menyajikan hasil pengujian ke-1 dan ke-2 menunjukkan kadar zat kapur 94 ppm, pengujian ke-3 dan ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 95 ppm, sedangkan pengujian ke-5 menunjukkan kadar zat kapur 96 ppm. Dari Gbr. 14. Menunjukkan grafik hasil pengujian air sumber pandaan sesudah dimasak pada tegangan 2.64 menurun 1 ppm kadar zat kapur dibandingkan sebelum dimasak.
9
Tabel 10. Hasil pengujian air sumber pandaan sesudah di masak dengan vol. 150 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 524 2,55 92 527 2,57 93 531 2,59 93 542 2,64 95 558 2,72 98
Gbr. 15. Grafik hasil pengujian air sumber pandaan sesudah di masak dengan vol. 150 ml
Tabel 10. Menyajikan hasil pengujian ke-1 menunjukkan kadar zat kapur 92 ppm, pengujian ke-2 dan ke-3 menunjukkan kadar zat kapur 93 ppm dan pengujian ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 95 ppm dan pada pengujian ke-5 menunjukkan kadar zat kapur 98 ppm. Dari Gbr. 15. Menunjukkan grafik hasil pengujian air sumber pandaan sesudah dimasak mengalami kenaikan 1 – 3 ppm kadar zat kapur dibandingkan sebelum dimasak pada akhir pengujian.
c) Pengujian Pada Air Isi Ulang
Dari hasil pengamatan percobaan yang dilakukan pada pengujian Air Isi Ulang selama 5 kali dengan volume yang berbeda 200 ml dan 150 ml, ditunjukkan pada Tabel 11, 12, 13, 14.
Tabel 11. Hasil pengujian air isi ulang sebelum di masak dengan vol. 200 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 532 2,59 94 536 2,61 94 538 2,62 95 541 2,64 95 551 2,69 97
Gbr. 16. Grafik hasil pengujian air isi ulang sebelum di masak dengan vol. 200 ml
Tabel 11. Menyajikan hasil pengujian ke-1 dan ke-2 menunjukkan kadar zat kapur 94 ppm, pengujian ke-3 dan ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 95 ppm, sedang pengujian ke-5 menunjukkan kadar zat kapur 97 ppm. Dari Gbr. 16. Menunjukkan grafik hasil pengujian air isi ulang sebelum dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
10
Tabel 12. Hasil pengujian air isi ulang sebelum di masak dengan vol. 150 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 522 2,54 92 531 2,59 93 540 2,63 95 552 2,69 95 561 2,73 97
Gbr. 17. Grafik hasil pengujian air isi ulang sebelum di masak dengan vol. 150 ml
Tabel 12. Menyajikan hasil pengujian ke-1 menunjukkan kadar zat kapur 92 ppm, pengujian ke-2 menunjukkan kadar zat kapur 93 ppm, sedang pengujian ke-3 dan ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 95 ppm, pada pengujian ke-5 menunjukkan penaikan kadar zat kapur 97 ppm. Dari Gbr. 17. Menunjukkan grafik hasil pengujian air isi ulang sebelum dimasak menggambarkan menaikan kadar zat kapur, yang juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
Tabel 13. Hasil pengujian air isi ulang sesudah di masak dengan vol. 200 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 510 2,49 90 515 2,51 91 521 2,54 92 534 2,60 94 553 2,70 97
Gbr. 18. Grafik hasil pengujian air isi ulang sesudah di masak dengan vol. 200 ml
Tabel 13. Menyajikan hasil pengujian ke-1 menunjukkan kadar zat kapur 90 ppm, pengujian ke-2 menunjukkan kadar zat kapur 91 ppm , pengujian ke-3 menunjukkan kadar zat kapur 92 ppm, pengujian ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 94 ppm dan pengujian k-5 menunjukkan kadar zat kapur 97 ppm. Dari Gbr. 18. Menunjukkan grafik hasil pengujian air isi ulang sesudah dimasak menggambarkan penurunan kadar zat kapur sebesar 1 – 4 ppm pada pengujian ke-1 sampai pengujian ke-4, sedangkan pengujian ke-5 nilai konsentrasi ppm nya sama. Juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
11
Tabel 14. Hasil pengujian air isi ulang sesudah di masak dengan vol. 150 ml Data ADC yang terbaca Tegangan (Volt) Konsentrasi (ppm) 507 2,47 89 510 2,49 90 515 2,51 91 525 2,56 92 547 2,67 96
Gbr. 19. Grafik hasil pengujian air isi ulang sesudah di masak dengan vol. 150 ml
Tabel 14. Menyajikan hasil pengujian ke-1 menunjukkan kadar zat kapur 96 ppm, pengujian ke-2 menunjukkan kadar zat kapur 92 ppm, pengujian ke-3 menunjukkan kadar zat kapur 91 ppm, pengujian ke-4 menunjukkan kadar zat kapur 90 ppm, dan pengujian ke-5 menunjukkan kadar zat kapur 89 ppm. Dari Gbr. 19. Menunjukkan grafik hasil pengujian air isi ulang sesudah dimasak menggambarkan penurunan kadar zat kapur sebesar 1–4 ppm, juga diikuti kenaikan tegangan pada saat pengujian.
d) Analisa Sistem
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa volume air mempengaruhi jumlah kadar zat kapur. Karena semakin banyak volume yang digunakan maka semakin banyak pula kadar zat kapur yang dikandung. Dari hasil pengamatan dapat dilihat setiap pengujian kadar zat kapur mengalami kenaikan sekitar 1 - 4 ppm pada setiap bahan uji. Dari hasil pengujian juga disertai terjadi perubahan tegangan pada kadar zat kapur untuk setiap pengujian. Setiap air memiliki resistansi yang tinggi dan akan berkurang jika terkandung sejumlah zat kapur ke dalam air.
4. Kesimpulan
Setelah dilakukan proses pengujian kadar zat kapur pada air yang berbeda maka secara keseluruhan dapat disimpulkan,
a) Dari setiap hasil pengujian air yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari bahwa kadar zat kapur yang terkandung masih dibawah standart ketetuan air minum yaitu 120 ppm.
b) Performansi alat yang dipergunakan dipengaruhi beberapa faktor antara lain ada tidaknya kandungan zat kapur di dalam air, kepekaan keping metal yang digunakan.
5. Saran
Dengan hasil yang dicapai maka diharapkan pengembangan dengan memperbaiki range kemampuan sensor atau menggunakan sensor lain yang mempunyai range kepekaan yang lebih baik.
12 Daftar Pustaka
[1] Sutrisno, Totok, 2010. Teknologi Penyediaan Air Bersih. Rineka Cipta. Jakarta [2] Suripin, 2006. Pelestarian Sumber Daya Tanah dan Air. Yogyakarta. Andi [3] Rizvi, S. A. H. The Management of Stone Disease. BJU Int, 2002, 89 (1): 62-8 [4] Muslim, R. Obat Murah Saluran Kemih Ditemukan. Suara Merdeka 2004.
http://www.Merdeka.co.id
[5] Siener, R, Jahnen, A dan Hessa, A. (2004). Influence of A Mineral Water Rich in Calcium, Magnesium and Bicarbonate on Urine Composition and Risk of Calcium Oxalate CrystallZation. Original Communication Eur. J. Clin Nutr, 2004:58:270-76
[6] M Dody Izhar, Haripurnomo. K, Suhardi Darmoatmodjo. Hubungan antara Kesadahan Air Minum, Kadar Kalsium dan Sedimen Kalsium Oksalat Urin pada Anak Usia Sekolah Dasar. Berita
Kedokteran Masyarakat, vol 23, No. 4. Desember 2007.
[7] Nana Ristiana, Dwi Astuti, Tri Puji Kurniawan. Keefektifan Ketebalan Kombinasi Zeolit Dengan Arang Aktif Dalam Menurunkan Kadar Kesadahan Air Sumur Di KarangTengah Weru Kabupaten Sukoharjo. Jurnal Kesehatan, ISSN 1979-7621, Vol. 2, No. 1. Juni 2009 hal 91-102
[8] Hefni Effendi. Telaah Kualitas Air Bersih. Yogyakarta Kanisius.
[9] Sutrisno T, Eni, S. 2006. Teknologi Persediaan Air Bersih. Jakarta Rineka Cipta
[10] V Ramya, B. Balani appan. Embedded pH Data Acquisition and Logging. Advanced Computing An Internasional Journal (ACU), Vol. 3 No. 1, Januari 2012.
[11] Heryanto ST, M Ary. 2008. Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler ATMega8535. Andi.Yogyakarta.
[12] Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Penerbit Andi.Yogyakarta.
