• Tidak ada hasil yang ditemukan

OTOMATISASI SISTEM PENGOLAHAN AIR LAUT MENJADI AIR TAWAR DENGAN PRINSIP REVERSE OSMOSIS BERBASIS MIKROKONTROLER

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "OTOMATISASI SISTEM PENGOLAHAN AIR LAUT MENJADI AIR TAWAR DENGAN PRINSIP REVERSE OSMOSIS BERBASIS MIKROKONTROLER"

Copied!
7
0
0

Teks penuh

(1)

OTOMATISASI SISTEM PENGOLAHAN AIR LAUT MENJADI AIR

TAWAR DENGAN PRINSIP REVERSE OSMOSIS BERBASIS

MIKROKONTROLER

(Sub Judul :

“ Sensor dan Monitoring Sistem ”)

Renny Rakhmawati, ST. MT1 Ir.Hendik Eko HS, MT2 Zulva Tri Dianti3

, Dosen Pembimbing 1 Dosen Pembimbing2 Mahasiswa Jurusan Elektro Industri3

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya(PENS)

Institut Teknologi Sepuluh Nopember(ITS), Surabaya, Indonesia Email : zulvatd@gmail.com

ABSTRAK

Reverse Osmosis merupakan suatu sistem pengolahan air dari yang mempunyai konsentrasi tinggi

menjadi air tawar yang mempunyai konsentrasi agak rendah (encer) dikarenakan adanya tekanan osmosis. Penerapan sistem ini lebih efisien dan dapat diandalkan karena air melewati membrane semipermiabel yang kerapatannya 0,0001 mikron. Teknologi ini menggunakan driver Chopper untuk mengontrol air masuk dan keluar. Visualisasinya agar kita dapat mengetahui kinerjanya secara langsung adalah dengan Mikrokontroler ATMega 16.

Pada teknologi ini juga terdapat sensor kadar garam (TDS), sensor pH, sensor level air dan sensor tekanan. Sensor-sensor yang ada dalam teknologi ini berfungsi untuk membantu keakuratan data yang diambil. Masing-masing sensor mempunyai fungsi sendiri-sendiri yaitu untuk mengetahui kadar garam yang ada pada air baik sebelum dipompa maupun setelah dipompa, sensor pH untuk mengetahui pH air yang dihasilkan, sensor level air untuk mengetahui level air yang terdapat pada sistem dan sensor tekanan untuk mendeteksi tekanan yang dihasilkan dalam sistem.

Kata Kunci : Mikrokontroler ATMega 16, Reverse Osmosis, Sensor pH, Sensor TDS, Sensor Level Air, Sensor Tekanan

1. PENDAHULUAN

Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi kehidupan di bumi. Persediaan akan air layak pakai dirasakan semakin berkurang dan perlu adanya sebuah teknologi yang dapat mendaur ulang air menjadi air yang layak konsumsi. Air banyak digunakan

oleh manusia, tidak hanya pada

keperluan rumah tangga, tetapi juga

untuk keperluan industri. Jika

ketersediaan air layak pakai terus

menurun akan membawa dampak

negatif, terutama bidang kesehatan.

Teknologi penyaringan air dapat

dilakukan secara otomatis dengan

bantuan mikrokontroler dimana

aplikasinya dapat kita tentukan melalui bahasa pemrograman.

Proses Reverse Osmosis terdiri dari

beberapa peralatan seperti pompa

tekanan tinggi (Booster Pump), Katup On/Off, sensor tekanan air, TDS meter

(Total Dissolved Solid), pH meter,

pre-filter water treatment, dan pre-filter Reverse Osmosis. Dari beberapa alat tersebut

akan dikombinasi dengan mikrokontroler

untuk otomatisasi sistem Reverse

Osmosis. Mikrokontroler akan mengatur

keseimbangan arus inlet air laut dan arus outlet air limbah. Mikrokontroler juga memonitor besarnya tekanan air yang bekerja pada sistem untuk mengetahui kualitas produk dari sistem Reverse

Osmosis.

Pada proyek akhir ini dijelaskan bahwa kualitas air tawar diukur dengan sensor pH dan TDS meter. Kedua sensor tersebut sebagai monitoring air sebelum dan sesudah proses. Sebelum air diproses secara Reverse Osmosis terlebih dahulu air laut di ukur kadar garamnya dengan

TDS meter dan nantinya akan

dibandingkan dengan hasil kadar garam

air tawar setelah proses Reverse

(2)

(derajat keasaman), sensor ini juga sebagai monitoring antara air yang belum diproses dan setelah diproses. Pada sensor tekanan air, diharapkan tekanannya konstan antara 40 – 50 Psi (pound per square inch) yang merupakan output dari pompa tekanan tinggi (Booster Pump). Setelah tekanan air pada filter terpenuhi, maka dihasilkan air tawar dengan tingkat kekeruhan yang lebih rendah dan pH yang sesuai. Air yang tidak berhasil melewati membran

Reverse Osmosis akan keluar melalui Reject Valve sebagai limbah.

Dari penjelasan di atas dapat

diketahui beberapa target dari pembuatan proyek akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Kapasitas Booster Pump 100 PSI

(pound per square inch)

2. Pressure Filter (40 – 50 PSI) 3. Kadar garam air tawar 20% -

30% dari TDS air laut

4. Derajat Keasaman air tawar 6.5 – 7.5 (±5%)

1.1 Tujuan

Pembuatan proyek akhir Otomatisasi Sistem Pengolahan Air Laut Menjadi Air Tawar dengan Prinsip Reverse Osmosis Berbasis Mikrokontroler, selain sebagai

persyaratan penyelesaian studi

Pendidikan Diploma III Politeknik

Elektronika Negeri Surabaya, juga

mempunyai tujuan khusus yaitu

membuat prototype sistem pengolahan air dengan metode reverse osmosis untuk

skala rumah tangga berbasis

mikrokontroler. Selain itu alat ini berfungsi untuk menghasilkan air tawar yang lebih bersih dan sehat dengan cara pengukuran pH dan kadar garam yang terkandung dalam air hasil olahan. Tampilan dari prototype sistem ini

adalah dengan menggunakan LCD

(Liquid Crystal Displays) 16x4 1.2 BatasanMasalah

Pada rincian permasalahan, maka didapat rumusan masalah pada hardware sebagai berikut :

1. Bagaimana cara mengidentifikasi

tekanan air yang masuk

menggunakan pressure gauge sensor

?

2. Bagaimana cara menampilkan

tekanan dan level air pada LCD 16x4 ?

3. Bagaimana cara mengatur besar

kecilnya PWM (Pulse Width

Modulation) untuk kecepatan motor ?

4. Bagaimana cara otomatisasi sistem dengan mikrokontroler ATMega16 ? tegangan dan PWM (Pulse Width

Modulation) ?

2. Perencanaan dan PembuatanAlat

Pada pembuatan sistem monitoring untuk proyek akhir Sistem Pengolahan Air dengan Prinsip Reverse Osmosis ini

terdapat berbagai rancangan yang

tersebut dibawah ini. 2.1 Blok Diagram

2.1.1 Konfigurasi Input Output

Alamat Keterangan

Port A.0 Sensor Tekanan

Port A.1 Tegangan Output Buck

Port A.2 Tegangan Accu

Port A.3 Sensor level Output

Port A.4 Tegangan Charging

Port B.0 Buzzer

Port B.1 Input Valve

Port B.2 Lampu Stop

Port B.3 Output Valve

Port B.4 Lampu Run

Port B.5 Lampu Full

Port B.6 Lampu Medium

Port B.7 Lampu Low

Port C.0-7 LCD

Port D.0 Switch Accu

Pin D.2 Level 1

Pin D.3 Level 2

Pin D.4 Level 3

(3)

Pin D.6 Pressure switch

Port D.7 Sinyal PWM

2.1.2 Perancangan sistem

Dalam proyek akhir Sistem

Pengolahan Air ini, terdapat banyak

perancangan dari hardware,

diantaranya adalah pembuatan sistem seperti yang tampak pada Gambar 3.2. Penulis membuat sebuah box yang ditunjukkan pada Gambar 3.3 yang didalamnya berisi semua komponen yang mendukung Sistem pengolahan Air. Dalam box juga terdapat kontrol panel sistem yang nantinya akan memudahkan user untuk mengetahui prosesnya.

Berikut Spesifikasi alat Reverse

Osmosis:

1. Sediment 5 Micron

Membuang partikel-partikel seperti debu, karat, tanah, dsb.

2. Sediment 1 Micron

Menyaring partikel-partikel dengan ukuran lebih kecil.

3. Granular Active Carbon (GAC)

Berbentuk butiran untuk menyerap

zat-zat berbahaya seperti: kaporit,

karsinogen, detergen, insektisida dll 4. Membran Reverse Osmosis

Membuang polutan – polutan berbahaya sampai tingkat terkecil melalui membran berukuran 1 / 10.000 micron

5. Post-Carbon

Menyerap bau; mengembalikan rasa serta menghambat pertumbuhan micro-organisme.

2.1.3 Perancangan Sensor Tekanan

Sensor tekanan pada sistem ini

digunakan sebagai pembanding

antara manometer atau pressure

gauge dengan sensor tekanan analog

yang digunakan untuk mendeteksi tekanan pada filter reverse osmosis. Selain itu, rangkaian sensor tekanan ini juga digunakan sebagai umpan balik untuk mikrokontroler. Dibawah ini merupakan gambar rangkaian sensor tekanan.

Gambar 3.3: Rangkaian Sensor

Tegangan

ada Gambar 3.3, rangkaian sensor tegangan diatas cara kerjanya adalah sebagai berikut. Rangkaian sensor ini mendapat sumber dari battery kotak 9 volt lalu masuk ke regulator tegangan IC7805 yang keluarannya adalah 5 volt dan dilanjutkan ke rangkaian jembatan wheatstone yang terdiri dari

1

2

3

4

5

St o ra g e T a n k R e je c t T a n k O utp ut Le ve l S en so r Fa u c e t Pr e ss u re G a u g e O u tp u t V a lv e In p u t V a lv e Pr e ss u re Sw it ch Pr e ss u re G a u g e Pr e ss u re Se n so r Bo o st e r Pu mp C o n ta mi n at e d W at e r Ta n k Pr o d u c t Low Me d iu m F u ll

(4)

4 resistor dan salah satu dari resistor tersebut untuk strain gauge. Setelah itu keluaran dari strain gauge masuk

ke rangkaian op-amp untuk

penguatan. Dalam hal ini yang digunakan adalah penguat non-inverting.

Berikut ini adalah desain dari rangkaian penguat non-inverting : R1 = R2 = R3 = 120 ohm R4 = 119.5 ohm Maka : 𝐸𝑜 = 𝑅3 𝑅3+𝑅1𝑉𝑖𝑛 − 𝑅4 𝑅4+𝑅2𝑉𝑖𝑛 𝐸𝑜 = 120 120 + 1205 − 119.5 119.5 + 1205 𝐸𝑜 = 2.5 − 2.49 Eo = 0.01

Karena Vout op-amp 2 volt, dan Gain diinginkan menjadi 200 (yaitu 2/0.01) maka untuk mencari Rf adalah

Gain = 1 + (Rf/ Rin) 200 = 1 + (Rf/ 100) Rf = 19.900 ohm

Rf maksimal adalah 100Kohm

Dibawah ini merupakan hasil dari pengukuran sensor tekanan yang terbaca pada layar LCD No Tekanan (Psi) Vout sensor (V) Tekanan (LCD) %Error 1 0 2.089 0.08 psi 8 2 10 2.476 9.87 psi 1.3 3 20 2.95 19.79 psi 1.05 4 30 3.29 30.03 psi 0.1 5 40 3.583 40.11 psi 0.275 6 50 3.96 50.30 psi 0.006

2.1.4 Perancangan Sensor Level Air

Blok indikator ini terdiri dari 3 LED berwarna putih yang disusun secara vertikal. Ada 3 buah LED yang menunjukkan level air pada tangki penampungan air. Apabila level air pada tangki penampungan air dalam keadaan penuh, maka LED paling atas sendiri akan nyala, apabila air dalam keadaan separuh maka LED kedua akan nyala dan apabila air sedikit atau rendah maka LED ketiga yang akan nyala diiringi bunyi

buzzer. Dari kondisi tersebut maka dapat

disusun menjadi sebuah algoritma

pemrograman dengan mengamati

kombinasi beberapa sensor seperti tampak pada Tabel 3.2 berikut ini.

Tabel 3.2: Algoritma Sensor

Level Air Input Kondisi Hexa 1 2 3 Full ON ON ON 0x38 Medium ON ON OFF 0x30

Low ON OFF OFF 0x20

Empty OFF OFF OFF 0x00

Dalam pengujian level sensor terdapat 2 buah level sensor pada sistem yaitu yang tertera pada panel sistem dan analog yang berada pada reject tank. Level sensor analog pada reject tank ini berfungsi untuk mengetahui seberapa tinggi air yang telah keluar pada tank. Apabila reject tank telah penuh dengan air maka secara otomatis sistem akan mati. Gambar dibawah ini merupakan gambar dari output level sensor yang berada pada reject tank. Sebagai actuatornya adalah potensio yang maksimal terukur pada mikrokontroler adalah 3.6 volt.

Gambar 3.4: Output Level Sensor pada

Panel LV_3 LV_2 LV_1 GND GND Conductor Strip PD.2 PD.3 PD.4

(5)

Gambar 3.5: Output Level Sensor Reject

Tank

Kedua sensor level ini langsung

dihubungkan dengan mikrokontroler

sebagai pengendali sistem. 2.2 pH Meter

Perencanaan pH Meter

digunakan untuk mengetahui asam atau basa dari air pengujian. Dalam perencanaan ini, yang digunakan adalah pH meter digital yaitu hasil dari indikator air uji langsung tercantum pada LCD. Spesifikasi dari pH meter yang digunakan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.6: pH Meter

Spesifikasi :

Taster Range : 0.0 – 14.0 pH

Akurasi : sampai 0.3 pH

Temperature : 0 – 50ᵒC

Battery Life : DC 4x1.5 volt

2.3 TDS Meter

Dalam perancangan sistem ini, untuk menghasilkan air yang benar-benar tawar maka salah satu sensor pendeteksinya adalah menggunakan sensor TDS (Total

Dissolve Solid). Spesifikasi dari TDS

meter merk HM Digital TDS-3 adalah sebagai berikut :

Gambar 3.7: TDS Meter

Spesifikasi :

TDS Range : 0 – 9990 ppm (mg./l) Temp. Range : 0 – 800ᵒC

Akurasi : sampai dengan 2%

Battery Life : 1000 jam pemakaian

Dimensi : 15.5 x 3.1 x 2.3 cm

Sumber : 2 x 1.5 volt (button cell

batteries) 2.4 Flowchart 80 Mulai Inisialisasi PORT Pb_Sts==0 STS=1 STS=~STS Valve1=1, valve2=1, L_Run=1, L_Stop=0, Inisialisasi adc Y T Y T Void full () Void full2 () Void off () Void UP () Void DOWN () Void charge () Lv2==0||Lv3==0 Y UP() T Lv1==0&&Lv2==1&& Lv3==1 Y L_Low=1, buzzer=1, L_Medium=0, L_Full=0 T Lv1==0&&Lv2==0&& Lv3==1 L_Low=0, L_Medium=1, L_Full=0 Lv1==0&&Lv2==0&& Lv3==0 L_Low=0, L_Medium=0, L_Full=1 Y Y T T OFF() DOWN() OCR2=0, BUZZER=0, VALVE1=0, L_Stop=1, valve2=0, L_Run=0, L_Full=0, L_Medium=0, L_Low=0, S_Aki=0 STS=0 Lv1==1&&Lv2==1&& Lv3==1 OFF() STS=0 Reject>20 STS=0, buzzer=1 P_Switch==0 STS=0, buzzer=1 Y Y Y T T T Y T

(6)

2.5 Pengujian ADC

Pengujian program ini untuk perangkat antarmuka merupakan langkah awal

sebelum pengujian alat secara

keseluruhan. Pada bagian ini yang dilakukan adalah pengujian terhadap ADC mikrokontroler AVR ATMega16

dengan menggunakan output 10

bit.dihubungkan langsung ke sensor

tegangan. Sebagai masukan ADC,

menggunakan Port A karena port ini

mengijinkan untuk masukan analog

dengan batas minimum ground dan maksimum Vreff. ADC yang dipakai adalah 5 pin. Pada ADC menggunakan tegangan referensi 5 volt. Berikut ini merupakan perhitungan dari analog ke digital.

Pada saat tegangan input 1 volt, yang terbaca di ADC adalah 0.0786. V reff dari mikrokontroler adalah 5 volt maka untuk mencari V max adalah 5/0.0786 = 63.6. Jika ingin mengkonversinya ke dalam

desimal maka 210 =1023/ 63 =16.2. Dapat

disimpulkan bahwa 1 volt mewakili 16.2 desimal. Berikut perumusan konversi ke bilangan desimal :

ADC decimal = 102363 x Vin

Tujuan pengujian untuk mengaambil data melalui ADC dan ketepatan pembacaan ADC. Pada Tabel 4.1 nilai prosentase error maksimal adalah 13.58% dan rata-rata error adalah 2.79%. Sedangkan untuk keakurasian pada ADC mikrokontroler AVR ATMega16 tidak sempurna sekitar ±2 LSB. Sehingga didapatkan hasil uji ADC seperti pada tabel berikut.

Tabel 4.1: Pengujian ADC

%Error V

analog

Vin Vadc Decimal

adc Decimal teori 0.15 0 0 0 0 0 0.5 0.5 0.43 7 8.1 13.58 0.99 1 0.92 15 16.2 7.41 1.49 1.5 1.48 24 24.3 1.23 1.99 2 1.91 31 32.4 4.32 2.49 2.5 2.4 39 40.5 3.70 2.98 3 2.95 48 48.6 1.23 3.48 3.5 3.51 57 56.7 0.53 3.99 4 4 65 64.8 0.31 4.49 4.5 4.49 73 72.9 0.14 4.98 5 5.04 82 81 1.23 5.49 5.5 5.6 91 89.1 2.13 5.98 6 6.09 99 97.2 1.85 6.48 6.5 6.64 108 105.3 2.56 6.98 7 7.08 115 113.4 1.41 7.48 7.5 7.63 124 121.5 2.06 7.98 8 8.18 133 129.6 2.62 8.47 8.5 8.74 142 137.7 3.12 8.97 9 9.23 150 145.8 2.88 9.47 9.5 9.78 159 153.9 3.31 9.97 10 10.27 167 162 3.09 3. Kesimpulan

Setelah proses pembuatan sistem dan

finishing secara keseluruhan dari pengerjaan proyek akhir yang berjudul ”Otomatisasi Sistem Pengolahan Air Laut Menjadi Air Tawar dengan Prinsip

”Reverse Osmosis” Berbasis Mikrokontroler (Sub Judul: Sensor dan Monitoring Sistem) maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Sistem Filter Reverse Osmosis ini

berfungsi untuk menghasilkan air tawar dengan prosentase kadar garam sebesar 20% – 30% dari TDS air laut dan nilai pH sebesar 6.8 – 7.2.

2. Sistem ini terdiri dari 3 filter sebelum masuk ke filter reverse osmosis yang mempunyai penyaringan dan fungsi yang berbeda pada setiap filternya. 3. Pada pengujian ADC (Analog to

Digital Converter) untuk rangkaian buck converter terdapat error antara

pembacaan tegangan analog dan

tegangan yang terbaca oleh ADC. Hal ini dapat terjadi karena pengaruh dari rangkaian sensor tegangan yang kurang akurat.

4. Pada sistem terdapat level sensor yang berfungsi sebagai parameter ketinggian air. Jika air yang akan diproses tidak memenuhi persyaratan maka akan terjadi umpan balik dari sistem yaitu

buzzer atau jika level air sudah

maksimal pada tempat keluaran maka sistem akan secara otomatis berhenti. 5. Pengerjaan proyek akhir ini dilengkapi

dengan mikrokontroler untuk

(7)

agar dapat dikendalikan sesuai dengan kehendak user.

4. DaftarPustaka

[1] Andrianto Heri, “Pemrograman

Mikrokontroler AVR

ATMega16”.2008. Informatika: Bandung

[2] Puspitasari Ratih, “Rancang Bangun

Alat Ukur Resistansi Belitan Transformator Menggunakan Injeksi Arus Berbasis Mikrokontroler (Software)”. 2008. PENS-ITS.

[3] Idaman Said, “Teknologi Reverse

Osmosis”, BAB10.pdf

[4] Malvino, “Prinsip-Prinsip

Gambar

Gambar 3.3: Rangkaian Sensor  Tegangan
Tabel 3.2: Algoritma Sensor  Level  Air  Input Kondisi  Hexa  1  2  3  Full   ON  ON  ON  0x38  Medium   ON  ON  OFF  0x30
Gambar 3.5: Output Level Sensor Reject  Tank
Tabel 4.1: Pengujian ADC

Referensi

Dokumen terkait

Pada penelitian ini penulis akan mendalami bagaimana implimentasi kebijakan pemerintah kota surabaya dalam mengelola sampah dan kebersihan sesuai dengan peraturan daerah

 Melalui Whattsapp group, Zoom, Google Classroom, Telegram atau media daring lainnya, Peserta didik mempresentasikan hasil kerjanya kemudian ditanggapi peserta didik

SIRS merupakan suatu sistem informasi yang, cakupannya luas (terutama untuk rumah sakit tipe A dan B) dan mempunyai kompleksitas yang cukup tinggi. Oleh karena

Salah satu kesakitan pada ibu hamil adalah anemia yang dapat menyebabkan kematian ibu karena perdarahan pada saat persalinan. Anemia karena defisiensi zat besi

Setelah memperoleh bekal pengetahuan dan teknik-teknik yang dapat diterapkan dalam public speaking, para kader PKK menjadi mampu untuk mengembangkan ide-ide baru yang bisa

Adapun saran yang dapat diambil dari hasil penelitian untuk pengembangan aplikasi lebih lanjut adalah sebagai berikut: (1) melakukan studi apakah perancangan media informasi dengan

Berdasarkan adanya kesamaan kandungan kulit buah apel dengan flavonoid sebagai antibakteri yang telah dijelaskan di atas, peneliti tertarik untuk melakukan penelitian