BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Medan Listrik
2.1.1. Definisi Umum Gelombang
Menurut fisika klasik, gelombang adalah gangguan medium yang terus menerus yang merambat dengan bentuk yang tetap dengan kecepatan yang konstan. Dalam gejala penyerapan gelombang akan mengalami pengurangan ukuran saat bergerak, apabila mediumnya bersifat dispersif atau bersifat penghambur, maka frekuensi berbeda akan merambat dengan kecepatan yang berbeda pula, dalam dua ataupun tiga dimensi dan amplitudo gelombang tersebut akan berkurang selama penyebaran (Griffiths, 1999). Tidak seperti gelombang pada kawat atau gelombang suara dalam sebuah cairan, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan bahan sebagai medium perambatannya. Dalam gelombang elektromagnetik medan magnet ( ⃗) yang bervariasi dengan waktu (bergerak) menjadi sumber medan listrik ( ⃗) dan interaksi waktu terhadap medan listrik menjadi sumber terbentuknya medan magnet. Sehingga medan magnet ( ⃗) dan medan listrik (⃗) dapat menopang satu sama lain, membentuk gelombang elektromagnetik yang merambat melalui ruang hampa (Young & Freedman, 2008). Gelombang elektromagnetik dijelaskan dalam persamaan Maxwell.
= −
= + ( . )
2.2. Interaksi Medan Listrik Pada Material Dielektrik
Telah diketahui bahwa minyak makan atau minyak goreng merupakan suatu bahan isolator atau disebut juga bahan dielektrik. Sehingga potensial listrik tidak dapat dengan mudah melewati lapisan dielektrik ini. Bahan dielektrik merupakan isolator yang baik.
Dalam bahan dielektrik meskipun tidak terdapat arus yang mengalir secara langsung namun istimewanya adalah terjadinya molekul material dielektrik akan mengalami polarisasi saat menerima medan listrik. Dapat dianggap terdapat N
dipol pada setiap kubik bahan dielektrik. Dalam interval waktu dt terjadi perubahan polarisasi p ke p+dp, dp adalah perubahan polarisasi yang sangat kecil. Perubahan makroskopis dari densitas polarisasi P berubah dari P = Np ke P+dP = N (p + dp). Anggap perubahan dp adalah efek dari perpindahan muatan q dalam jarak ds didalam setiap atom = q ds = dp, sehingga selama selang waktu dt
terbentuklah awan muatan yang memiliki densitas P= Nq , yang bergerak dengan kecepatan v = ds/dt. Hal ini adalah arus konduksi yang terjadi pada suatu bahan dielektrik dengan densitas yang jelas dan memiliki satuan esu/sec-cm2, maka dapat dirumuskan menjadi:
= = = = ( . )
dan didapat suatu hubungan :
= ( . )
Sehingga dapat didefinisikan bahwa perubahan densitas polarisasi P adalah arus konduksi yang terjadi.
Berdasarkan persamaan 2. 1, maka:
= +
=
Yang membedakan bahan konduktif dan dielektrik terdapat pada densitas arus J, dielektrik tidak sepenuhnya terbebas dari muatan, namun juga terdapat bagian yang meiliki muatan, sehingga persamaan 2.4 menjadi:
= + + ( . )
dalam medium dielektrik berlaku:
+ = ( . )
maka persamaan 2.5 menjadi :
= + ( . )
disebut juga perpindahan arus (displacement current= D) , sehingga dari persamaan ini maka terbuktilah bahwasanya arus dapat mengalir melalui bahan dielektrik jika terdapat medan listrik dan persamaan menjadi :
= + ( . )
Tabel 2.1. Konstanta dielektrik beberapa bahan yang sering dijumpai
Sumber: Purcell 1985 dan Paranjpe & Deshpand 1935
Konstanta dielelektrik suatu ruang hampa sempurna adalah 1,0. Untuk gas pada kondisi normal memiliki nilai yang sedikit lebih besar dari 1,0 secara singkat dijelaskan bahwa gas adalah keadaan yang hampir hampa. Untuk bahan solid dan liquid pada umumnya memiliki konstanta dielektrik berkisar antara 2 sampai 6. Namun menjadi pengecualian untuk amoniak dan air. Karena sebenarnya air merubakan suatu bahan yang sedikit konduktif.
Pengaruh medan listrik pada suatu material yakni dapat menpolarisasi ( ) bahan material tersebut yang didefinisikan sebagai momen dipol per volume. Pengaruh untuk sejumlah material terhadap medan listrik (E) adalah sama sebagaimana distribusi muatan terdapat dalam vakum dan memiliki densitas
= − . Apabila nilai P sebanding dengan E dalam suatu material, maka material tersebut dapat dikatakan sebagai dielektrik. Dapat didefinisikan suatu medan elektrik lemah
=
dan = + . Muatan bebas yang terdapatdidalam dielektrik mampu menaikkan medan listrik yakni / kali lipat sekuat
Shah and Tahir (2011) dalam Journal of Scientific Research dengan judul Dielectric Properties of Vegetables Oil, telah menunjukkan pengaruh suhu pemanasan terhadap nilai konstanta dielekstrik. Dalam hasil penelitiannya telah menunjukkan penurunan konstanta dielektrik seiring dengan meningkatnya temperatur. Pengaruh penurunan konstanta dielektrik oleh peningkatan suhu pemanasan disebabkan oleh penurunan densitas yang secara langsung memiliki hubungan dengan densitas dipol dari sampel minyak yang diuji. Peningkatan suhu juga berpengaruh terhadap peningkatan energi kinetik pada molekul penyusun yang bergerak yang mana menyebabkan semakin besarnya gerakan acak dan hal ini menurunkan kedudukan dipol-dipol yang ditutunjukkan dengan kecilnya konstanta dielektrik (Shah and Tahir, 2011).
2.3. Peroksida pada Minyak Goreng
2.3.1. Pengertian Minyak Goreng
Minyak nabati dan lemak pada dasarnya memiliki struktur yang lebih mengarah kepada gugus substansi biologi yang disebut lipid. Lipid merupakan bahan kimia biologi yang tidak larut dalam air. Lemak dan minyak pada umumnya ditunjukkan dengan struktur molekul sebagai berikut:
Gambar 2.1. Struktur kimia lemak dan minyak yang mengandung 3 gugus fungsi yakni ester pada tri-alkohol, gliserol sehingga disebut trigliserida
(Shakhashiri, 2008)
sebagian besar (±50%) merupakan asam laurat yang memiliki 12 karbon. Rumus kimianya adalah CH3(CH2)10COOH dengan berat molekul adalah 200,3 g.mol-1 (Shakhashiri, 2008).
Gambar 2.2. Hidrolisis trigliserida membentuk gliserol dan asam lemak (fatty acid) (Shakhashiri, 2008)
2.3.2. Kerusakan Minyak Goreng dan Parameternya
Terdapat sejumlah parameter kimia yang dapat menjadi acuan untuk menentukan kualitas minyak goreng. Antara lain bilangan asam (acid value), bilangan penyabunan, bilangan ester, bilangan hehner, bilangan asam lemak total yang terdiri atas bilangan reichert-meissl, bilangan polenske, dan bilangan kirschner, kemudian tedapat bilangan iod, bilangan thiocyanogen, bilangan diene, bilangan asetil dan hidroksi, bilangan peroksida. Namun tidak akan dijelaskan satu persatu karenan yang dijadikan acuan hanya satu parameter saja yakni bilangan peroksida. Bilangan peroksida merupakan parameter terpenting untuk menentukan derajat kerusakan pada minyak dan lemak (Ketaren, 2005).
2.3.3. Dampak Peroksida pada Minyak Goreng Terhadap Kesehatan Ciri awal minyak goreng yang memiliki bilangan peroksida tinggi antara lain: 1. Warna cendrung coklat tua sampai kehitaman, sedangkan untuk warna
minyak goreng yang masih memiliki bilangan peroksida standar adalah berwarna kuning sampai coklat muda.
Tingginya bilangan peroksida memiliki dampak yang buruk bagi kesehatan yakni menyebabkan beberapa jenis penyakit antara lain diarhea, pengendapan lemak pada pembuluh darah (artero sclerosis), kanker, menurunkan nilai cerna lemak, dan lain sebagainya. Selain itu, peroksida dapat menyebabkan destruksi beberapa macam vitamin dalam bahan pangan berlemak (misalnya vitamin A, C, D, E, K dan sejumlah kecil vitamin B). Bergabungnya peroksida dalam sistem peredaran darah, mengakibatkan kebutuhan vitamin E meningkat lebih besar. Padahal vitamin E dibutuhkan untuk menangkal radikal bebas yang ada dalam tubuh. Sehingga hal ini menyebabkan laju penuaan kulit menjadi lebih cepat. Lemak dengan bilangan peroksida lebih besar dari 100 dapat meracuni tubuh (Ketaren, 2005).
2.4. Penelitian Terdahulu Mengenai Kajian Peroksida Dalam Minyak
Goreng, Alat Ukur dan Metode Pengukuran Komersial
apabila terdapat suatu alat yang mampu mengukur tingkat okisdasi maupun bilangan peroksida pada minyak, guna mengidentifikasi kandungan nutrisi pada minyak masih baik, dengan prinsip kerja lebih mudah dari analisis dengan FTIR.
Secara umum ada dua metode pengukuran. Metode konvensional yakni dengan iodometri secara titrasi. Proses penentuan dengan cara titrasi ini cukup mudah terganggu faktor eksternal, dan hasil pengukurannya memiliki tingkat keberulangan (reproducability) yang kecil. Cocok untuk menentukan zat dengan kadar hidrogenperoksida dengan jumlah besar. Pengembangan sedang berlangsung tentang pemanfaatan FTIR dalam meneliti makanan terkhusus pada minyak makan dan lemak. Keunggulannya adalah dalam pengukuran tidak merusak sampel dan menggunakan sampel dalam jumlah yang sedikit. Mengkombinasikannya dengan teknik kemometrik, FTIR spektroskopi menjadi alat yang baik untuk analisis kuantitatif. Artinya dalam penelitian Liang et al menggunakan alat laboratorium yang telah ada yakni Fourier Transform Infra Red (FTIR) untuk mengukur jumlah peroksida yang terbentuk akibat proses oksidasi minyak kenari. Untuk penggunaan sehari-hari cara ini tentu tidak ekonomis dan memerlukan keahlian khusus dalam mengoperasikannya.
Salah satu perusahaan elektronik di India telah melihat berbagai macam kerumitan dalam menentukan bilangan peroksida pada minyak goreng, baik itu secara iodometri yang sudah umum, maupun secara spektroskopi yang sedang berkembang. Yakni perusahaan bernama UNIPHOS telah berhasil membuat suatu alat ukur nilai peroksida yang penggunaannya khusus untuk mengamati derajat kejenuhan pada minyak goreng. Gambar 2.3, menunjukan sebuah Peroxide Value Meter produksi UNIPHOS.
LCD. Data hasil pengukur disimpan pada microcontroller instrumen tersebut dan juga dapat berkomunikasi dengan komputer dengan turut menampilkan tanggal pengujian, waktu serta identitas sampel yang diuji. Alat ini dikalibrasi dengan suatu larutan standard yang telah diketahui bilangan peroksidanya (UNIPHOS, 2013).
Gambar 2.3. Peroxide Value Meter buatan UNIPHOS, India (UNIPHOS, 2013)
Secara umum pengukuran menggunakan prinsip absorbsi cahaya memiliki kelemahan yakni adanya gangguan dari warna alami yang dimiliki minyak goreng itu sendiri. Ada minyak goreng yang memiliki kandungan beta karoten lebih tinggi sehingga memiliki warna kuning keemasan, namun juga ada minyak yang memiliki warna cenderung jernih dan tidak terlalu kuning. Ada kalanya kedua minyak ini memiliki tingkat oksidasi ataupun jumlah peroksida yang sama namun hasil pengukuran dari alat yang memanfaatkan absorbsi cahaya dapat menunjukkan hasil yang beda.
2.5. Data Processing
microcontroller 8 bit produksi ATMEL jenis ATmega32. IC ini dipilih karena telah memiliki memori yang cukup besar yakni 32 kbyte flash. Konfigurasi PIN pada microocntroller Atmega32 ditunjukkan pada Gambar 2.4.
(a) (b)
Gambar 2.4. (a) Konfigurasi pin ATmega32, (b) Bentuk ATmega32 (ATMEL, 2009)
keperluan komunikasi serial antar peralatan muapun komputer. Masih banyak lagi beberapa kemampuan ATmega32 yang dapat diaplikasikan dengan berbagai keperluan. Atmel AVR ATmega32 telah di dukung oleh bahasa pemrograman dan pengembangan sistem antara lain: C compilers, macro assemblers, program debugger/simulators, in-circuit emulators, dan evaluation kits (ATMEL, 2009).
Berikut deskripsi Pin pada Atmega32.
VCC : berfungsi sebagai suplay digital 5 volt GND : berfungsi sebagai ground
Port A (PA7..PA0) : Port A berfungsi sebagai masukan analog yang dapat dikonversi ke digital. Port A juga berfungsi sebagai kanal input/output dengan resistor pull-up internal, jika analog ke digital konverter tidak di gunakan (dengan mengatur fuse bit_nya).
Port B (PB7..PB0) : Port B adalah kanal input/output sebanyak 8 bit dengan resistor pull-up internal. Selain itu Port B memiliki fungsi khusus seperti di tuliskan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Fungsi-fungsi yang dimiliki PORT B, Atmega32
Port C (PC7..PC0) : Port C juga merupakan kanal 8 bit input/output dengan resistor pull-up internal. Port C memiliki fungsi khusus seperti di tunjukkan pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Fungsi-fungsi yang dimiliki PORT C, Atmega32
Sumber: ATMEL, 2009
Port D (PD7..PD0) : Port D adalah kanal input/output sebanyak 8 bit dengan resistor pull-up internal. Selain itu Port D memiliki fungsi khusus seperti di tuliskan pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Fungsi-fungsi yang dimiliki PORT D, Atmega32
Sumber: ATMEL, 2009
XTAL1 : jalur masukan ke osilasi penguat inverting dan merupakan masukan ke clock internal.
XTAL2 : jalur keluaran dari osilasi penguat inverting.
AVCC : AVCC adalah tegangan suplay untuk port A maupun ADC. Apabila ADC tidak di gunakan, pin ini harus terhubung secara eksternal ke VCC. Jika ADC digunakan, maka pin ini sebaiknya terhubung ke VCC melalui low pass filter.
AREF : AREF adalah tegangan referensi analog untuk ADC.
( ATMEL, 2009).
2.6. Osilator XR2206
Pembangkit sinyal ini terdiri atas IC yang mampu membangkitkan osilasi sinyal. Dalam penelitian ini digunakan IC produksi EXAR Corporation tipe XR2206 menjadi. Keluaran IC terdiri atas gelombang sinus, segi tiga, dan gelombang kotak dengan stabilitas yag tinggi. Untuk mengatur frekuensinya hanya memerlukan konfigurasi R dan C eksternal. Dapat beroperasi dari frekuensi 0,01 Hz sampai lebih dari 1 MHz. Rangkaiannya sangan ideal untuk perangkat komunikasi, instrumentasi, dan pembangkit fungsi (function generator). Aplikasi yang dapat diterapkan antara lain sebagai pembangkit sinyal sinusidal untuk suara, gelombang AM, FM dan pembangkit FSK (Frequency Shift Keying).
XR2206 terdiri dari empat blok fungsi (Gambar 2.5) yakni pengontrol tegangan osilator (voltage-controlled oscillator (VCO)), pengali analog dan pembentuk sinyal sinusoidal, gabungan penguat dan penyangga, dan satu paket pemilih arus. VCO menghasilkan keluaran frekuensi pilihan terhadap arus masukan, yang diatur oleh resistor dari pewaktu terminal ke ground yang mana dua pin pewaktu, dua keluaran frekuensi yang diskrit dapat menghasilkan aplikasi pembangkit FSK menggunakan pin pengontrol FSK. Masukan ini mengontrol bagian pemilih arus yang dipilih satu dari pewaktu arus resistor, dan meneruskannya ke VCO (EXAR, 2008).
Untuk mengatur frekuensi yang akan dibangkitkan (fo), ditentukan oleh
nilai kapasitor pewaktu (C) yang terhubung pada pin 5 dan 6, dan oleh resistor pewaktu (R), yang terhubung ke pin 7 juga terhubung seri dengan resistor variabel untuk memvariasikan nilai frekuensi yang akan dibangkitkan. Perhitungan frekuensi ini mengikuti Persamaan 12.
= ( . )
Nilai R yang direkomendasikan berada pada range 4 kΩ < R < 200 kΩ. Sementara untuk nilai C yang direkomendasikan berada pada range 1 nF sampai dengan 100 uF, dan akan bekerja optimal pada suhu ruangan yakni 25 – 30 oC.
2.7. Operational Amplifier Analog Devices 620
Gambar 2.6. Skematik yang disederhanakan pada AD620
Resistor penguat internal R1 dan R2 telah diatur untuk nilai yang mutlak yakni 24,7 kΩ, sehingga memungkinkan penguatan dapat di program hanya dengan memanfaatkan satu resistor variabel eksternal (RG). Rumus penguatannya adalah:
=49,4 + 1 (2.10)
Sehingga
=49,4 − 1 (2.11)
Maka dengan persaman ini dapat ditentuan nilai Rg yang akan digunakan sesuai besar penguatan yang diinginkan (ANALOG DEVICES, 1999).
2.8. Bahasa Pemrograman Mikrokontroler dengan CodeVisionAVR
download program ke chip AVR dapat dilakukan dengan CodeVision, selain itu ada fasilitas terminal, yaitu melakukan komunikasi serial dengan mikrokontroler yang sudah di program. Proses download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan System programmable Flash on-Chip mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
Gambar 2.7. Tampilan awal saat menjalankan program CodeVisionAVR
Salah satu keistimewaan bahasa pemrograman CodeVision ini adalah memiliki library standar C dan library tertentu untuk keperluan sebagai berikut: a. Modul LCD alphanumeric
b. Bus I2C dari Philips
c. Sensor Suhu LM75 dari National Semiconductor
d. Real-Time Clock: PCF8563, PCF8583 dari Philips, DS1302 dan DS1307
dari Maxim/Dallas Semiconductor
e. Protokol 1-Wire dari Maxim/Dallas Semiconductor
f. Sensor Suhu DS1820, DS18S20, dan DS18B20 dari Maxim/Dallas Semiconductor
g. Termometer/Termostat DS1621 dari Maxim/Dallas Semiconductor h. EEPROM DS2430 dan DS2433 dari Maxim/Dallas Semiconductor i. SPI
k. Delay
l. Konversi ke Kode Gray
CodeVisionAVR juga mempunyai Automatic Program Generator bernama CodeWizardAVR, yang dapat mempermudah programmer dalam menulis kode-kode program yang bersifat umum, antara lain:
a. Set-up akses memori eksternal b. Inisialisasi port input/output c. Inisialisasi interupsi eksternal d. Inisialisasi Timer/Counter e. Inisialisasi Watchdog-Timer
f. Inisialisasi UART (USART) dan komunikasi serial berbasis buffer yang digerakkan oleh interupsi
g. Inisialisasi Pembanding Analog h. Inisialisasi ADC
i. Inisialisasi Antarmuka SPI j. Inisialisasi Antarmuka Two-Wire k. Inisialisasi Antarmuka CAN
l. Inisialisasi Bus I2C, Sensor Suhu LM75, Thermometer/Thermostat DS1621 dan Real-Time Clock PCF8563, PCF8583, DS1302, dan DS1307 m. Inisialisasi Bus 1-Wire dan Sensor Suhu DS1820, DS18S20
n. Inisialisasi modul LCD
