RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN
OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK
BERBASIS PC
SKRIPSI
JANSIUS D SITORUS
110801084
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN
OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK
BERBASIS PC
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai
gelar Sarjana Sains
JANSIUS D SITORUS
110801084
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
PERSETUJUAN
Judul : Rancang Bangun Alat Ukur Tingkat
Kerusakan Oli Mesin
Berdasarkan Konstanta Dielektrik Berbasis PC
Kategori : Skripsi
Nama : Jansius D Sitorus
Nomor Induk Mahasiswa : 110801084
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, September 2015
Komisi Pembimbing:
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195609181985031002 NIP. 195510301980031003
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, September 2015
JANSIUS D SITORUS 110801084
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC” yang disusun sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana di Universitas Sumatera Utara.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat maupun ucapan trima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah menunjang atas selesainya skripsi ini, diantaranya kepada :
1. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang dan Bapak Dr.Bisman Perangin-angin M.Eng.Sc sebagai Dosen pembimbing saya dalam menyelesaikan tugas akhir saya. Terima kasih atas semangat, bimbingan, dukungan dan doa dari Bapak. 2. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang selaku Ketua Jurusan Departemen Fisika,
Bapak Drs.Syahrul Humaidi M.Sc selaku sekertaris jurusan Departemen Fisika. 3. Bapak Dekan USU Bapak Dr.Sutarman M.Sc beserta seluruh Civitas Akademika
FMIPA USU.
4. Ayahanda P. Sitorus dan Ibunda K. Manurung atas kasih sayang dan kepercayaan dan senantiasa mengingatkan dan memberi semangat dalam mengikuti kuliah, belajar sampai pada penelitian skripsi selesai dengan baik.
5. Kepada keluarga kakak Ranap Natalina Sitorus, Lenni Sitorus, Basa Sitorus, Pebrianti Sitorus dan juga kepada adik Dahlan Sitorus dan Renhat Seven Sitorus, kepada nenek Op. Parulian Sitorus dan seluruh keluarga yang senantiasa mendukung saya.
6. Terima kasih kepada teman staf asisten di laboratorium elektronika lanjutan. 7. Kepada Juliana Situmeang yang selalu mendukung dan memberi semangat dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Kepada sahabat-sahabat tercinta Simon Sirait, Janner Batubara, Hendri P Banjarnahor, David Hutajulu, Ancela Simbolon, Rinto Pangaribuan, Jerri Simanjuntak, Parasian Simbolon, Damos Lumbantoruan, Russell Ong, Dosni Sipahutar, Eman Harefa, Rusti Simbolon, dan seluruh kawan-kawan seperjuangan di Departemen Fisika USU stambuk 2011 “PHYSICS PROLIX”. Terima kasih untuk bantuan, smangat dan sarannya.
Semoga tulisan ini mampu menjadi sumber ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kemajuan pendidikan dan penelitian di Indonesia. Amin.
RANCANG BANGUN ALAT UKUR TINGKAT KERUSAKAN OLI MESIN BERDASARKAN KONSTANTA DIELEKTRIK BERBASIS PC
ABSTRAK
Telah dilakukan suatu identifikasi perubahan tingkat kerusakan oli mesin dengan mengidentifikasikan perubahan konstanta dielektrik yang ditunjukkan terjadinya perubahan tegangan keluaran yang terjadi pada sistem alat yang telah dirancang dan dibangun. Dibuat transduser kapasitif dengan memanfaatkan pelat konduktor sejajar untuk mengidentifikasi perubahan medium dielektrik menggunakan perambatan gelombang listrik sinusoidal. Pengamatan dilakukan dengan mengukur pelemahan amplitudo gelombang akibat interaksi terhadap medium sampel oli mesin. Gelombang listrik dibangkitkan melalui rangkaian osilator menggunakan IC XR2206 dengan frekuensi 50 KHz yang telah menunjukkan perbedaan tegangan dari setiap sampel oli mesin. Pengujian dilakukan pada lima sampel oli mesin dengan volume yang sama 200 ml antara lain: oli mesin fresh, campuran 150 ml oli fresh dan 50 ml oli buruk (campuran 1), campuran 100 ml oli fresh dan 100 ml oli buruk (campuran 2), campuran 50 ml oli fresh dan 150 ml oli buruk (campuran 3), dan oli mesin buruk. Hasil pengujian dengan sistem alat menunjukkan nilai tegangan berturut-turut 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volt dengan tren naik. Telah didapat suatu hubungan semakin tinggi nilai tegangan dari sistem alat, maka semakin tinggi pula tingkat kerusakan yang terjadi pada oli mesin. Perubahan tegangan diakibatkan perubahan konstanta dielektrik dari setiap sampel oli mesin tersebut.
DESIGN TOOLS TO MEASURE THE LEVEL OF DAMAGE ON ENGINE OIL BE BASED ON DIELECTRIC CONSTANTS HAVE AS A BASE ON PC
ABSTRACT
Has conducted an identification of changes in the level of damage to the engine oil by identifying changes in the dielectric constant indicated the output voltage changes the occur in a system tool that has been designed and constructed. Capasitive transducer is made by utilizing the conductor plate parallel to indentify changes in the dielectric medium using sinusoidal electric wave propagation. Observations carried out by measuring the amplitude of the wave attenuation due to the interaction of the sample medium engine oil. Electrical waves have been generated by the oscillator circuit using XR2206 IC with a frecuency of 50 KHz which have shown the voltage difference of each sample of the engine oil. Tests one performed on five samples of engine oil with an equal volume of 200 ml, among others: fresh engine oil, a mixture of 150 ml fresh oil and 50 ml bad oil (mixture 1), a mixture of 100 ml fresh oil and 100 ml bad oil (mixture 2), a mixture of 50 ml fresh oil and 150 ml bad oil (mixture 3), and bad engine oil. The test results demonstrate the tool system with voltage values 2,814; 2,856; 2,914; 2,986; 3,022 volts respectively with a rising trend. Has obtained a higher voltage value relationship of the tool system, the higher the degree of damage to the engine oil. Voltage changes due to changes in the dielectric constant of each sample of the engine oil.
DAFTAR ISI Persetujuan iii Pernyataan iv Penghargaan v Abstrak vi Abstract vii
Daftar Isi viii
Daftar Gambar x
Daftar Tabel xi
Daftar Lampiran xii
Daftar Singkatan xiii
BAB 1 Pendahuluan 1 1.1.Latar Belakang 1 1.2.Rumusan Masalah 2 1.3.Batasan Masalah 2 1.4.Tujuan Penelitian 3 1.5.Manfaat Penelitian 3 1.6.Sistematika Penulisan 3
BAB 2 Tinjauan Pustaka 5
2.1.Dielektrikum dan Kapasitansi 5
2.1.1. Medium Dielektrik 5
2.1.2. Kapasitansi Kapasitor
2.2.Osilator dengan IC XR2206 7
2.3.Transduser Kapasitif 9
2.3.1. Defenisi Transduser Kapasitif 9
2.3.2. Interaksi Gelombang Listrik pada Medium Dielektrik 11
2.4.Sistem Pelumasan Mesin 11
2.4.1. Dasar Pelumasan Mekanik Mesin 11
2.4.2. Minyak Pelumas 12
2.4.2.1.Kekentalan Minyak Pelumas (viskositas) 13
2.4.2.2.Klasifikasi viskositas Oli Mesin Berdasarkan
Indeks SAE 13 2.5.Penguat Operasional 14 2.5.1. Op-Amp Ideal 15 2.5.2. Penguat Diferensiator 17 2.5.3. Penguat Inverting 17 2.6.Mikrokontroller ATMega8535 18 2.6.1. Mikrokontroller AVR 18 2.6.2. Arsitektur ATMega8535 19 2.6.3. Konfigurasi PIN 21 2.6.4. Peta Memori 23
2.6.5. Bahasa Pemrograman Mikrokontroller ATMega8535 24
2.8.Personal Computer (PC) 26
BAB 3 Metodologi Penelitian 27
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian 27
3.2.Peralatan, Bahan dan Komponen 27
3.2.1. Peralatan 27
3.2.2. Bahan dan Komponen 27
3.3.Diagram Blok 28
3.4.Prosedur Penelitian 29
3.4.1. Rangkaian Sistem Alat 29
A. Sistem Minimum ATMega8535 29
B. Transduser Kapasitif 30
C. Pembangkit Sinyal dengan IC XR2206 32
D. Pengkondisi Sinyal 33
E. Komunikasi Data Serial USB to TTL 34
F. Power Supply 34
3.4.2. Rancangan Sistem Program 35
A. Flowchart Program pada mikrokontroller 35
B. Flowchart Program pada Visual Basic 36
3.4.3. Pengujian Sampel Oli 37
A. Pengujian Konstanta Dielektrik dengan Alat 37
3.5.Rangkaian Lengkap 38
BAB 4 Hasil dan Pembahasan 39
4.1.Hasil Penelitian 39
4.1.1. Pengujian Alat 39
A. Pembangkit Sinyal (Osilator) 39
B. Penguat Sinyal (amplifier) 40
C. Pelat Sejajar sebagai Transduser Kapasitif 40
D. Pengujian Mikrokontroller ATMega8535 44
E. Visual Basic 6.0 pada PC 44
4.1.2. Pengujian Sistem Alat pada Sampel Oli 46
4.2.Analisa Penelitian 49
BAB 5 Kesimpulan dan Saran 50
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Kapasitor dua pelat datar sejajar 7
2.2 Diagram blok XR2206 8
2.3 Transduser kapasitif (seijin stathaminstruments, inc) 10
2.4 Ilustrasi perambatan gelombang melalui medium dielektrik
yang mengalami pelemahan amplitudo gelombang 11
2.5 Dasar pelumas mekanik mesin 12
2.6 Kekentalan/viskositas oli 13
2.7 Klasifikasi oli berdasarkan SAE 14
2.8 Lambang Op-Amp 16
2.9 Rangkaian diferensiator dasar 17
2.10 Rangkaian penguat inverting 18
2.11 Blok diagram dan arsitektur ATMega8535 21
2.12 memori AVR ATMega8535 24
2.13 tampilan codevisionAVR 25
2.14 USB to TTL 26
3.1 Diagram blok sistem alat ukur kerusakan oli 28
3.2 Rangkaian sistem minimum mikrokontroller ATMega8535 30
3.3 Desain pelat sejajar sebagai transduser kapasitif 31
3.4 Rangkaian skematik pembangkit sinyal 32
3.5 Rangkaian sistematik pengkondisi sinyal LM741 33
3.6 rangkaian penyearah keluaran penguat sinyal 33
3.7 Rangkaian skematik USB to TTL 34
3.8 Rangkaian power supply (PSA) 34
3.9 Flowchart algoritma program pada mikrokontroller 35
3.10 flowchart algoritma program pada visual basic 36
3.11 Rangkaian lengkap 38
4.1 Grafik frekuensi teori dan frekuensi praktek vs resistansi
Resistor variabel eksternal 39
4.2 Pelat tembaga sebagai transduser 41
4.3 Grafik hubungan frekuensi dan tegangan pada medium
udara dan oli fresh 41
4.4 Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran
(kuning) pada frekuensi 40 KHz 42
4.5 Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran
(kuning) pada frekuensi 90 KHz 42
4.6 Gelombang osilator (merah) dan gelombang keluaran
(kuning) pada frekuensi 50 KHz 43
4.7 Tampilan pengujian pada (a) medium udara, sampel
(b) oli fresh dan (c) oli buruk pada visual basic 46
4.8 Grafik tingkat kerusakan terhadap tegangan sampel oli
dalam 5 kali pengulangan 48
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Konstanta Dieletrik beberapa bahan 6
2.2 konfigurasi pin mikrokontroller ATMega8535 22
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
1 Listing program pada CodeVisionAVR 51
2 Gambar alat secara keseluruhan saat pengujian sampel 53
3 Gambar multimeter digital Sanwa CD800a dan Osiloskop
OWON 600 MHz 55
4 Gambar tampilan visual basic 6.0 pada pengujian medium
DAFTAR SINGKATAN
KHz = kiloHertz
IC = Integrated Circuit
SAE = Society of Automotive Enginers
USB = Universal Serial Bus
TTL = Transistor Transistor Logic
PC = Personal Computer
AC = Alternating Current
OP-AMP = Operational Amplifier
