BAB III PERANCANGAN 3.1 Metode Penelitian

(1)

35 BAB III PERANCANGAN

3.1 Metode Penelitian

Penelitian yangadilakukan pada subsistem POSCHERA, yaitu subsisitem reaktor yang terdiri dari analisis pembuatan dan implementasi subsistem yang sesuaiadengan spesifikasiaperancangan. Penelitianaini terdiriadari analisisadan pengujianaperangkat kerasadari subsistem POSCHERA, adapunametodologiayang digunakanapada penelitianaini ditunjukan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Metodologi Penelitan

Diagram alir pada Gambar 3.1 menunjukan proses pembuatan alat yang dimulai dengan analisis kebutuhan alat ataupun bahan, dan selanjutnya dilakukan perancangan sistem, pada perancangan sistem dilakukan pendesainan alat, pemilihan bahan yang digunakan, pembuatan alat, dan pengujian sistem dari subsistem tersebut.

(2)

36 3.2 Analisis Kebutuhan

Pada tahapan ini dilakukan analisis terhadap alat yang akan di buat beserta kebutuhan dari seluruh subsistem reaktor. Dalam proses ini akan ditentukan beberapa kebutuhan komponen yang digunakan:

1. Generator Tegangan Tinggi DC 120W 2. Kaca Akrilik

3. Batang Tembaga 4. Plat Tembaga 5. Lem

6. Pipa 7. Keran Air 8. Mur Toren 9. Kabel

10. Rangkaian Pembagi Tegangan

Pada proses ini dilakukan analisis rancangan terhadap alat yang akan dibuat dan keseluruhan sistem yang dibutuhkan pada pembuatan sub-sistem reaktor.

Beberapa kebutuhan bahan yang akan digunakan pada pembuatan sub-sistem reaktor dapat dilihat pada Tabel 3.1 di bawah ini.

Tabel 3.1 Spesifikasi bahan yang digunakan No. Nama Komponen Spesifikasi Jumlah

1. Kaca Akrilik 3mm A4 6 lembar

2. Batang Tembaga 3mm 1 meter

3. Plat Tembaga 1mm 15 x 15cm 1

4. Pipa 0,5 inch 2

5. Keran Air - 2

6. Mur Toren 0,5inch 2

7. Kabel 0.6 5 meter

(3)

37

Pada proses selanjutnya terdapat daftar alat yang digunakan untuk proses pembuatan reaktor pada produk POSCHERA yang dapat dilihat pada Tabel 3.2 di bawah ini.

Tabel 3.2 Alat yang digunakan pada proses pembuatan

No. Nama Alat Spesifikasi Jumlah Tipe

1. Bor Tangan - 1 Krisbow

2. Gerinda - 1 Krisbow

3. Mata Bor

4mm 1

6mm 1

8mm 1

4. Obeng Set - 1 -

5. Gunting - 1 -

6. Lem Tembak - 1 -

7. Amplas - 4 -

9. Tang Potong - 1 -

10. Multimeter - 1 -

11. Meteran - 1 -

12. Penggaris - 1 -

13. Lem Akrilik - 1 -

14. Solder - 1 -

15. Timah - 1 -

3.3 Perancangan Sistem

Poschera atau pemanfaatan glow discharge untuk penjernihan air merupakan produk yang dirancang untuk melakukan penjernihan air limbah, khususnya pada limbah tekstil, yang efisien dan ramah lingkungan. Poschera melakukan penjernihan limbah dengan memanfaatkan lucutan listrik glow discharge yang merupakan tipe plasma non-termal. Dengan dialirkan tegangan tinggi DC oleh generator, glow discharge dapat terbentuk pada bagian reaktor yang menjadi komponen alat utama tempat dijernihkannya air limbah menjadi air hygiene sanitasi yang aman untuk lingkungan. Selain itu, Poschera juga dilengkapi dengan beberapa

(4)

38

sensor seperti sensor pH, TDS, dan turbidity sebagai komponen yang dapat membantu memberikan informasi mengenai kondisi air limbah yang dijernihkan melalui layar LCD menggunakan mikrokontroler Arduino Uno. Desain sistem Poschera dapat dilihat pada Gambar 3.2, 3.3, dan 3.4 di bawah ini.

Gambar 3.2 Desain keseluruhan sistem Poschera

Gambar 3.3 Desain reaktor Poschera

(5)

39

Gambar 3.4 Desain sistem monitoring

Pada bagian reaktor, bahan yang digunakan sebagai tempat penjernihan air limbah adalah kaca akrilik dengan ketebalan 3mm dan berukuran 15 × 15 × 20cm.

reaktor ini dibuat untuk dapat menopang air limbah hingga 4 liter, namun untuk melakukan penjernihan, direkomendasikan untuk hanya menampung air sebanyak 1 liter agar penjernihan berjalan efektif. Bahan akrilik dipilih karena memiliki visual yang bening layaknya kaca, namun memiliki ketahanan terhadap panas yang lebih unggul dibandingkan kaca. Selain itu, akrilik juga lebih ringan, tidak mudah pecah, mudah dibentuk, dan memiliki sifat anti bakteri.

Reaktor pada Poschera memiliki elektroda tempat terbentuknya glow discharge. Terdapat satu buah elektroda positif (anoda) berbahan tembaga berbentuk batang dengan diameter 2mm yang akan dialiri langsung oleh tegangan tinggi DC dari sistem generator. Anoda ini akan diletakkan menggantung 1,5cm di atas permukaan air limbah agar glow discharge dapat terbentuk dengan maksimal.

Sedangkan katoda atau elektroda negatif (ground) diatur untuk dapat terendam dalam air, hal ini dimaksudkan agar spesies aktif dapat terbentuk dan menyebar di dalam air limbah pada proses penjernihan. Katoda pada reaktor ini merupakan plat tembaga dengan ketebalan 1mm berukuran 10 × 10cm. Katoda akan diletakkan berjarak 5cm dari dasar reaktor.

(6)

40

Setelah dilakukan penjernihan, air akan dialirkan menuju tabung selanjutnya untuk dilakukan pengukuran nilai-nilai parameter yang merupakan syarat air limbah tersebut sudah layak dikategorikan sebagai air sanitasi. Pada tabung ini digunakan sensor pH, TDS, dan turbidity yang dihubungkan ke mikrokontroler untuk kemudian nilainya akan ditampilkan pada LCD untuk memudahkan monitoring kualitas air oleh pengguna.

3.3.1 Diagram Blok

Blok diagram merupakan gambaran secara umum yang dapat dibuat secara ringakas dan berupa gabungan sebab dan akibat dari sebuah sistem. Diagram blok juga dapat membantu untuk memahami cara kerja dari sebuah sistem atau alat. Pada Gambari3.5 menunjukkan diagramablok dari sistem reaktor pada produk Poschera.

Gambar 3.5 Diagramablokasistem reaktor

Dapat dilihat padaaGambar 3.5 memperlihatkan fungsi dari alur kerja dari sistem yang akan dirancang. Elektroda pada reaktor akan menerima tegangan tinggi DC dari sistem generator dengan daya tertentu hingga terbentuk glow discharge dan melakukan penjernihan terhadap air limbah yang ada di dalamnya. Kemudian air limbah yang telah dijernihkan akan ditampung di tabung sensor atau sistem monitoring untuk dilakukan pengukuran pH, TDS, dan tingkat kejernihan airnya menggunakan sensor yang terhubung dengan mikrokontroler dan hasil pengukurannya ditampilkan di LCD. Sistem kerja pada reaktor ini ditunjukkan oleh flow chart pada Gambar 3.6 di bawah ini.

(7)

41

Gambar 3.6 Flowchart sistem reaktor

Sistem kerja pada reaktor sangat sederhana, untuk mengetahui tegangan dan arus minimum hingga terbentuknya glow discharge maka akan dilakukan pengaturan tegangan pada bagian generator. Ketika glow discharge telah berhasil dibangkitkan, maka spesies aktif yang terbentuk akan menjernihkan air limbah yang terpapar glow discharge. Air limbah yang telah diberikan perlakuan kemudian diukur parameter kesesuaiannya hingga memenuhi standar baku mutu air sanitasi yang dapat dinyatakan sebagai air bersih.

(8)

42 3.3.2 Rangkaian Pembagi Tegangan

Tegangan tinggi DC yang dibangkitkan oleh generator tidak dapat diukur oleh voltmeter biasa yang hanya mampu mengukur tegangan DC paling tinggi 1000V, melainkan harus menggunakan alat ukur khusus yang memiliki ketahanan tertentu.

Sehingga untuk melakukan pengukuran output tegangan ini diperlukan rangkaian pembagi tegangan yang dihubungkan dengan bagian elektroda positif dan negatif.

Rangkaian ini dibuat dengan resistansi tertentu yang dapat membagi tegangan trafo sehingga pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan voltmeter biasa yang memiliki tegangan maksimum rendah. Penentuan pembuatan rangkaian pembagi tegangan ini ditunjukkan berdasarkan Persamaan 3.1 di bawah ini.

𝑅

₂

=

^𝑉^𝑜𝑢𝑡^{𝑥 𝑅}¹

𝑉_𝑖𝑛 − 𝑉_𝑜𝑢𝑡, (3.1)

dimana

𝑅

adalah resistansi, 𝑉_𝑜𝑢𝑡 adalah tegangan keluaran yang dapat dibaca oleh voltmeter, dan 𝑉_𝑖𝑛 adalah tegangan yang mengalir pada elektroda. Sehingga berdasarkan persamaan tersebut, dilakukan asumsi-asumsi sebagai berikut.

𝑉_𝑖𝑛= 30.000V, 𝑅₁ = 88.000Ω, 𝑉_𝑜𝑢𝑡= 300V,

dimana

𝑉

_𝑖𝑛 = 30.000V merupakan asumsi nilai tegangan maksimun yang dapat dihasilkan oleh trafo,

𝑅

₁

=

88

kΩ

merupakan nilai resistansi yang saat ini tersedia, dan

𝑉

_𝑜𝑢𝑡

=

300V merupakan nilai tegangan yang diharapkan terukur pada voltmeter sehingga tidak melebihi batas maksimum voltmeter tersebut.

Berdasarkan asumsi-asumsi yang telah dilakukan, dan berdasarkan Persamaan 3.1, maka diperoleh nilai rasio antara R1 dan R2, yaitu 99:1, sehingga nilai R2 yang diperlukan untuk rangkaian ini adalah mendekati angka 888,88Ωsehingga resistansi total yang akan digunakan adalah senilai 88,888kΩ.

I

mplementasi perancangan dibuat berdasarkan rangkaian skematik yang ditunjukkan pada Gambar 3.7 di bawah ini.

(9)

43

Gambar 3.7 Skematik rangkaian pembagi tegangan

Perancangan rangkaianapembagi teganganoini menggunakanasejumlah resistor dalam pengimplementasiannya. Pada bagian R1 dengan resistansi 88k𝛺 menggunakan 4 buah resistor dengan resistansi 22k𝛺 yang dihubungkan seri.

Selanjutnya pada R2 yang membutuhkan tahanan senilai 888,88𝛺 dibuat menggunakan 6 buah resistor dengan resistansi 4,7k𝛺 yang dirangkai paralel hingga menghasilkan nilai 833,33𝛺, sehingga resistansi total yang digunakan pada rangkaian ini adalah 88,833k𝛺. Ketidak sesuaian antara teori dan implementasi ini disebabkan oleh adanya keterbatasan bahan sehingga hanya diambil angka yang mendekati nilai teori. Namun, hal tersebut tidak menjadi masalah karena total resistansi yang digunakan masih dapat membagi tegangan tinggi yang dihasilkan oleh trafo dengan baik, hal ini dibuktikan melalui Persamaan 3.2 di bawah ini.

𝑉

_𝑜𝑢𝑡

= 𝑉

_𝑖𝑛 ^𝑅²

𝑅₁+𝑅₂ , (3.2)

𝑉_𝑜𝑢𝑡 = 30000𝑉 ^833,33𝛺

88𝑘𝛺 + 833,33𝛺 , 𝑉_𝑜𝑢𝑡 = 30000𝑉 × 0,00938𝛺 , 𝑉_𝑜𝑢𝑡 = 281,4𝑉,

dariaperhitungan diaatas, dapat diketahui bahwa teganganaoutput maksimal dari trafo yang telah dilewati oleh rangkaian pembagi tegangan yang telah dirancang

(10)

44

adalah sebesar 281,4V sehingga tegangan output trafo masih dapat terbaca oleh voltmeter dengan tahanan rendah.

3.4 Prosedur Pengujian

Pada penelitianaini terdapat duaajenis data yangaakan diambil, yaitu:

1. Data Pengujian Identifikasi Terbentuknya Glow Discharge

Data ini diperoleh dengan melakukan pengujian yang bertujuan untuk mengetahui tegangan input paling minimum dan jarak paling ideal pada elektroda untuk terbentuknya glow discharge. Pengujian ini juga akan dilakukanapada duaakondisi, yaitu dengan air dan tanpa air. Prosedur pengujian untuk pengambilan data ini dapat dilihat pada Tabel 3.3 di bawah ini.

Tabel 3.3 Prosedur pengujian identifikasi terbentuknya glow discharge

Pengujian Prosedur Parameter Keberhasilan

Identifikasi

Terbentuknya Glow Discharge (tanpa air)

1. Menyalakan generator;

2. Memastikan reaktor dan seluruh komponennya telah siap digunakan;

3. Melakukan pengaturan jarak antar elektroda;

4. Mengatur tegangan input pada generator dan menganalisis fenomena pada elektroda;

5. Mengukur tegangan output dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan;

6. Mengulangi pengujian dengan parameter lain.

Data tegangan dapat terbaca dan glow discharge dapat terbentuk.

Identifikasi

Terbentuknya Glow

1. Menyalakan generator; Data tegangan dapat terbaca dan glow

(11)

45 Discharge (dengan

air)

2. Memastikan reaktor dan seluruh komponennya telah siap digunakan;

3. Memasukkan air limbah ke dalam reaktor sebanyak 1 liter;

4. Melakukan pengaturan jarak antar elektroda;

5. Mengatur tegangan input pada generator dan menganalisis fenomena pada elektroda;

6. Mengukur tegangan output dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan;

7. Mengulangi pengujian dengan parameter lain.

discharge dapat terbentuk.

2. Data Pengukuran Kualitas Air Limbah

Pengujian ini dilakukan sebagai acuan pembanding terhadap nilai pH, TDS, dan turbidity sebagai parameter kualitas air yang dilakukan penjernihan. Prosedur pengujian untuk pengambilan data ini dapatadilihat pada Tabel 3.4 di bawah ini.

Tabel 3.4 Prosedur pengukuran kualitas air limbah

Pengujian Prosedur Parameter Keberhasilan

Pengukuran Kualitas Air Limbah

1. Memastikan komponen dan peralatan sistem sensor telah siap digunakan;

2. Memasukkan air limbah yang telah dijernihkan ke

Data nilai parameter dapat terbaca dan diolah oleh mikrokontroler.

(12)

46

dalam wadah subsistem monitoring;

3. Menyalakan kotak monitoring;

4. Melakukan pengukuran parameter air limbah menggunakan sensor secara satu per satu pada variasi tegangan input, volume, konsentrasi, jenis arna limbah, dan lamanya perlakuan.

5. Mencatat nilai keluaran yang tampil pada LCD.