1
PENGUKURAN KONSENTRASI
LARUTAN GULA MENGGUNAKAN
SENSOR ULTRASONIK
Indria Puspa Yaniar1, Nur Aji Wibowo2, Andreas Setiawan2 1
Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Sains dan Matematika 2
Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana
Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Indonesia
circa.survive12@ymail.com
ABSTRAK
Gula merupakan salah satu bahan pemanis yang biasa digunakan untuk makanan dan minuman dalam kehidupan sehari-hari dan konsentrasi kadar gula mengambil peran penting dalam menentukan cita rasa makanan. Dengan memanfaatkan bidang hardware dan software yang diaplikasikan pada Gelombang Ultrasonik, maka dirancang sebuah alat yang digunakan untuk mengukur konsentrasi kadar gula pada sebuah larutan. Beberapa alat yang diperlukan dalam penelitian antara lain catu daya, generator sinyal, tranduser, osiloskop, pipa PVC (Polivinil Klorida), dan tiang statif. Untuk mengukur konsentrasi larutan gula, pipa PVC (Polivinil Klorida) diisi larutan yang berisi air dan gula cair ±300ml atau sepanjang 40cm. Dalam penelitian ini pengukuran larutan gula didasarkan pada kecepatan gelombang yang merambat di dalam larutan tersebut. Konsentrasi sampel larutan gula cair yang digunakan dalam pengukuran dilakukan secara bertahap antara lain 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, hingga 70%. Dari sampel-sampel tersebut diperoleh bahwa Gelombang ultrasonik mampu merambat lebih cepat pada larutan dengan konsentrasi gula yang lebih tinggi, dalam hal ini larutan gula dengan konsentrasi 70% yaitu sebesar 1666.667 m/s, sedangkan larutan dengan konsentrasi yang lebih rendah atau tanpa konsentrasi gula yakni dengan konsentrasi 0%, perambatan gelombang ultrasoniknya lebih lambat yaitu sebesar 1333.333 m/s. Hal ini menyatakan bahwa Sensor Ultrasonik dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam larutan.
Kata kunci: gula, gelombang ultrasonik, kecepatan gelombang, konsentrasi larutan, sensor
PENDAHULUAN
Gula merupakan salah satu bahan pemanis yang biasa digunakan untuk makanan dan minuman dalam kehidupan sehari-hari. Gula juga menjadi bahan baku bagi industri [1] makanan dan minuman. Proses produksi makanan atau minuman dalam skala besar tentunya diperlukan alat ukur bahan baku yang tepat agar cita rasa makanan sesuai yang diinginkan.
Konsentrasi kadar gula [2] juga mempengaruhi cita rasa pada makanan, semakin ketat kosentrasi gula pada larutan, semakin manis pula rasa larutan tersebut. Pada industri makanan atau minuman, pengukuran konsentrasi gula merupakan suatu hal yang sangat penting agar dapat menentukan takaran yang tepat. Pengukuran konsentrasi gula dapat dilakukan secara ilmiah. Dalam penelitian ini dirancang alat untuk mengukur konsentrasi gula secara fisika yang diharapkan bisa melengkapi metode sebelumnya, yaitu metode difraksi [3] dan metode interferometer michelson [4].
2
BAHAN DAN METODE
Dalam penelitian ini langkah awal yang dilakukan adalah merangkai alat untuk meneliti larutan gula. Peralatan yang digunakan antara lain:
1) Catu daya (sumber tegangan) yang digunakan sebagai sumber energy pada generator sinyal.
2) Generator sinyal berfungsi sebagai penghasil pulsa dan juga merupakan sirkuit internal peralatan elektronik, alat ini berfungsi untuk memberikan penguatan pada pulsa yang ditransmisikan, sehingga pantulan pulsa dapat terlihat jelas pada osiloskop.
3) Tranduser berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang ultrasonik.
4) Osiloskop berfungsi untuk memberikan tampilan gelombang ultrasonic dan pantulan gelombang ultrasonik.
5) Pipa pralon dengan diameter 2,5 cm dan panjang 50 cm sebagai tabung untuk menampung larutan gula kyang akan diteliti.
6) Statif berfungsi sebagai penyangga tabung agar dapat berdiri dengan vertical.
Setelah peralatan sudah tersedia langkah berikutnya adalah merangkai alat. Generator pulsa dihubungkan dengan catu daya sebagai sumber daya kemudian dihubungkan dengan tranduser sebagai pengirim gelombang sekaligus sensor gelombang dan dihubungkan juga dengan osiloskop untuk dapat melihat tampilan gelombang. Berikut skema alat yang digunakan untuk mengukur konsentrasi larutan gula.
Gambar 1. Skema alat ukur larutan gula
3
elektrik lagi dan diteruskan pada generator pulsa kembali. Osiloskop yang terhubung dengan generator pulsa dapat menampilkan gelombang ultrasonik yang dipancarkan dan pantulan
gelombang ultrasonik.
Gambar 2. Gambar pantulan gelombang dalam tabung
Gambar 3. Contoh tampilan gelombang pada layar osiloskop
Berdasarkan tampilan gelombang dalam osiloskop kita dapat mengetahui waktu yang diperlukan saat gelombang memancar hingga gelombang pantul kembali lagi mengenai sensor tranduser. Waktu rambat gelombang pancar sampai gelombang pantul ditampilkan dengan kode X1 dan X2 pada layar osiloskop.
4
mengetahui panjang larutan yang dirambati gelombang ultrasonik. Dengan mengetahui jarak dan waktu rambatan gelombang ultrasonik maka kita dapat menghitung kecepatan gelombang pada larutan yang akan diteliti.
Dalam penelitian ini pengukuran kadar gula dalam sebuah larutan didasarkan dengan membandingkan kecepatan rambatan gelombang ultrasonik di setiap larutan yang diteliti. Penelitian ini menggunakan sampel larutan gula dengan perbandingan gula cair 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%. Berdasarkan sampel larutan yang digunakan diharapkan kita dapat mengetahui tingkatan konsentrasi gula pada larutan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil pengukuran yang dilakukan didapatkan data kecepatan gelombang ultrasonik dengan perbandingan gula cair 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% seperti pada tabel berikut:
Tabel 1. Hasil Pengukuran
gula
cair air x(m) t (µs) t/2 (µs) t/2 (s) v(m/s)
- 100% 0.4 600 300 0.00030 1333.333
10% 90% 0.4 550 275 0.00028 1454.545
20% 80% 0.4 580 290 0.00029 1379.310
30% 70% 0.4 540 270 0.00027 1481.481
40% 60% 0.4 530 265 0.00027 1509.434
50% 50% 0.4 510 255 0.00026 1568.627
60% 40% 0.4 490 245 0.00025 1632.653
70% 30% 0.4 480 240 0.00024 1666.667
Dari hasil pengukuran didapatkan data kecepatan rambatan gelombang ultrasonik pada setiap larutan. Dalam perhitungan larutan waktu rambatan harus dibagi dua dikarenakan waktu yang tercantum dalam osiloskop adalah waktu gelombang ultrasonik dipancarkan sampai gelombang pantul kembali mengenai sensor tranduser, sedangkan jarak larutan yang dirambati gelombang adalah posisi sensor ultrasonik dengan tutup ujung tabung.
5
Gambar 4. Perbandingan konsentrasi gula terhadap kecepatan gelombang
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa perbandingan konsentrasi air terhadap kecepatan gelombang yang mengalir pada larutan gula. Pada konsentrasi air 30% berarti mengandung 70% gula cair kecepatan gelombang ultrasonik tampak paling cepat. Kecepatan gelombang tampak menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi air dalam larutan yang berarti konsentrasi gula semakin berkurang.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan dan analisa secara umum maka dapat dinyatakan bahwa gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam larutan. Gelombang ultrasonik mampu merambat lebih cepat pada larutan dengan konsentrasi gula yang lebih tinggi. Pengukuran konsentrasi gula menggunakan sensor gelombang ultrasonik beracuan pada kecepatan gelombang pada larutan yang diukur.
Penelitian ini memerlukan pengembangan untuk penelitian selanjutnya agar gelombang ultrasonik tidak hanya dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula namun juga untuk jenis larutan lain.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abd. Rahman Razak, dkk, “Optimalisasi Hidrolisis Sukrosa Menggunakan Resin
Penukar Kation Tipe Sulfonat,” Jurnal Natural Science, vol. 1.(1) 119-131, 2012.
[2] Satria Bagus Pratama, dkk, “Studi Pembuatan Sirup Tamarillo (Kajian Perbandingan Buah Dan Konsentrasi Gula),” Jurnal Industria, vol. 1, no. 3, hal. 180 – 193. [3] Lusiana Weni Setyarini, dkk, “Perancangan Sistem Pengukuran Larutan Gula
Menggunakan Metode Difraksi,”Jurnal Teknik Pomits, vol. 1, no. 1, 1-5, 2012.
[4] Friska Ayu Nugraheni, dkk, “Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi Larutan
