REKAYASA ALAT UJI SUHU KERUT KULIT TERSAMAK SISTEM DIGITAL
Syaiful Harjanto1, Wahyu Pradana Arsitika, Tri Rahayu Setyo Utami Balai Besar Kulit, Karet dan Plastik
1E-mail: harjantos@gmail.com
ABSTRAK
Suhu pengkerutan kulit adalah suhu pada saat kulit mengkerut maksimum 0,3% dari panjang awal, jika kulit dipanaskan secara perlahan-lahan dalam media pemanas. Alat uji suhu pengkerutan kulit yang menggunakan pembacaan secara visual dengan termometer gelas dan pengamatan pergerakan jarum mempunyai kelemahan pada akurasi mata penguji. Telah dilakukan Rekayasa Alat Uji Suhu Pengkerutan Kulit Tersamak dengan menggunakan sistemdDigital.
Bahan yang digunakan terdiri atas rotary encoder sebagai pendeteksi kerutan, sensor suhu RTD sebagai pembaca suhu media pemanas, character LCD 2 baris sebagai penampil, dan modul mikrokontroller berbasis ATMEL328 sebagai pemroses data. Rekayasa telah menghasilkan prototipe alat uji suhu pengkerutan kulit tersamak sistem digital dengan spesifikasi range pengukuran (0-150)0C, tingkat ketelitian 0,10C, dimensi panjang 30 cm, lebar 20 cm dan tinggi 30 cm. Alat uji suhu pengkerutan kulit tersamak hasil rekayasa dapat mendeteksi suhu pada pengkerutan 0,3% dari panjang semula, suhu dan pengkerutan kulit ditampilkan secara real time. Alat uji yang dihasilkan telah sesuai dengan SNI 06-7127-2005 Cara Uji Suhu Pengkerutan Kulit Tersamak.
LEATHER SHRINKAGE TEMPERATURE TESTING APPARATUS USING A DIGITAL
SYSTEM
Syaiful Harjanto1, Wahyu Pradana Arsitika, Tri Rahayu Setyo Utami Center for Leather, Rubber and Plastics
1E-mail: harjantos@gmail.com
ABSTRACT
Leather shrinkage temperature is the temperature determined by 0.3% of the initial length when the leather is heated slowly in a heating medium. The visual testing method use combination of glasses thermometer and needle movement has a weakness on the accuracy of eye testers. A digital system to measure the shrinkage temperature of the leather has been developed.
The apparatus consist of a rotary encoder as detection of shrinkage movement, a RTD temperature sensor as the temperature detector, a 2 line LCD character as an output viewer, and the ATMEL328 based microcontroller module used for processing unit. The prototype has an accuracy 0,1°C in the measurement range (0-150)°C, and overall dimension 310 mm long, 220 mm wide and 410 mm high. The temperature could be detected at the shrinkage of 0.3% of its original length and also displayed in real time. The test equipment could meet the requirements of Indonesian Standard SNI 06-7127-2005 Cara Uji Suhu Pengkerutan Kulit Tersamak.
PENDAHULUAN
Standar kualitas kulit dalam SNI salah satunya mensyaratkan kulit yang dihasilkan industri penyamakan harus “masak”. Untuk mengetahui apakah kulit yang disamak sudah “masak” atau belum, perlu dilakukan uji suhu pengkerutan kulit. Suhu pengkerutan kulit adalah suhu yang dicapai pada saat kulit mengkerut maksimum 0,3% dari panjang awal, jika kulit dipanaskan secara perlahan-lahan dalam media pemanas (BSN, 2005). Covington (2009) mengatakan pemanasan dilakukan dengan kecepatan 20C/min dan suhu penyusutan dicatat ketika kulit terlihat menyusut. Suhu pengkerutan perlu diketahui terutama untuk kulit-kulit garmen yang memerlukan pencucian atau penyetrikaan agar proses pencucian atau penyetrikaan dapat dilakukan pada suhu di bawah suhu pengkerutan untuk menghindari kerusakan kulit. Suhu pengkerutan juga perlu diketahui untuk penggunaan kulit dalam pembuatan sepatu yang mengalami vulkanisasi langsung. Tabel 1 menampilkan nilai suhu kerut beberapa kulit komersial.
Saat ini alat uji suhu pengkerutan kulit yang digunakan sebagian besar masih menggunakan metode pengukuran pengkerutan dan suhu secara manual. Penggunaan jarum penunjuk hanya menunjukkan sudah terjadinya pengkerutan kulit namun belum dapat memastikan bahwa pengkerutan terjadi sebesar 0,3 % dari panjang mula-mula. Selain itu, dimungkinkan adanya perbedaan pembacaan termometer gelas pada saat pengkerutan 0,3 %, dikarenakan pada saat itu akan terjadi kenaikan suhu secara kontinyu. Perkembangan teknologi digital saat ini membuka peluang untuk menggantikan metode pengukuran pengkerutan dan suhu secara manual yang digunakan pada alat uji suhu kerut saat ini dengan sensor digital. Sensor digital dalam hal ini adalah penggunaan instrumen elektronika sebagai sensor suhu dan sistem pengukur perubahan panjang. Keuntungan dari penggunaan instrumen elektronika ini antara lain akurasi sensitivitas yang lebih tinggi (Anderson, 1989).
Rotary encoder adalah alat sensor gerak yang mengubah posisi sudut menjadi sinyal digital. Di dalam
encoder terdapat proses mengubah gerakan menggunakan mekanisme optik yang diubah menjadi sinyal elektrik dalam bentuk digital (BEIsensor, -). Rotary encoder dengan jenis incremental memberikan keluaran dengan koneksi minimal dan resolusi tidak mempengaruhi jumlah koneksi, tetapi apabila terjadi selip pada pembacaan, maka tidak dapat dideteksi. Rotary encoder dapat digunakan sebagai pendeteksi gerakan akibat adanya kerutan dari kulit yang sedang diuji.
Tabel 1. Suhu pengkerutan kulit pada beberapa kulit komersial
Jenis Kulit Suhu Kerut
Kulit mentah binatang 58-640C
Kulit kapuran, kulit ternak 53-570C
Kulit perkamen 55-600C
Kulit samoa 53-560C
Kulit diawetkan dengan tawas 55-600C
Kulit samak formaldehyde 65-700C
Kulit samak aluminium 70-800C
Kulit samak nabati (terhidrolisa) 75-800C
Kulit samak nabati (condensed) 80-850C
Pengujian suhu pengkerutan kulit dengan media pemanas cair memerlukan sensor suhu yang tahan terhadap air dan memiliki akurasi yang baik. Terdapat beberapa jenis sensor suhu yang tahan terhadap air, diantaranya: termokopel, IC shielded, dan RTD (resistant temperature detector). RTD, yaitu sensor suhu yang berubah-ubah nilai resistansinya sesuai dengan suhu yang terpapar pada sensor suhu tersebut. Dengan berubah-ubahnya resistansi dapat dikonversi menjadi tegangan yang berubah-ubah dengan cara disertakan rangkaian pembagi tegangan. RTD dan resistor pembagi tegangan dihubungkan secara seri sehingga tegangan Vcc terbagi secara merata sesuai dengan resistansi masing-masing. Dikarenakan nilai resistor pembagi tegangan adalah konstan, maka perubahan resistansi RTD dapat dengan mudah dideteksi dengan mengukur tegangan Vout.
Mikrokontroler adalah sebuah piranti yang dalam bentuk kecil memiliki fungsi seperti komputer. Mikrokontroler harus diberikan instruksi-instruksi khusus untuk menjalankan sebuah fungsi tertentu (Arsitika, 2013). Mikrokontroler berfungsi untuk mengkoordinasikan antara semua sensor yang digunakan, kemudian mengolah data hingga menampilkan hasil akhir di LCD. Berdasarkan hal tersebut, maka dilakukan rekayasa alat uji suhu kerut kulit tersamak dengan sistem digital.
BAHAN DAN METODE
Alat uji suhu pengkerutan kulit tersamak sistem digital terdiri dari casing atas, casing bawah, dan tiang fleksibel yang terbuat dari aluminium. Casing atas dan casing bawah terbuat dari plat aluminium tebal 1 mm. Casing bawah mempunyai dimensi 310x220x90 mm, sedangkan casing atas berdimensi 222x80x80 mm. Tiang fleksibel tersusun atas dua pipa aluminium 1” yang terpasang teleskopik sehingga bisa memanjang 240 mm dan memendek 120 mm. Pada casing atas melekat beberapa komponen sistem pengukuran, yaitu puli acrylic diameter 15 mm, tutup akrilik, pipa pengait terbuat dari pipa aluminium
diameter ½ “, pengait bergerak berbentuk mata pancing ikan, benang nylon, sensor RTD berbasis PT100, pemberat terbuat dari bandul 5 gram, dan rotary encoder Omron E6B2-CWZ3E 500 p/r. Sedangkan pada casing bawah berisi adaptor AC-DC, modul mikrokontroler berbasis ATMEL328 Arduino Uno R3, rangkaian
signal conditioning, pemanas merk Maspion tipe S300, gelas piala Pyrex 600 ml, penampil LCD 2 baris, saklar power, konektor listrik 220 Volt dan konektor USB tipe B. Bahan pengujian terdiri atas air, gliserin, contoh uji kulit sapisamak krom, kulit sapi samak nabati dan kulit sapi pikel.
Peralatan yang digunakan untuk perekayasaan alat ini antara lain: mistar besi, penitik, gergaji besi, mesin bor beserta drill set, mesin gerinda tangan beserta batu gerinda, mesin bubut, ragum, bending tools, tang,
laser cutter, lem acrylic, kikir kasar, kikir halus, tool set, multimeter, tang jepit, cutter, solder listrik beserta tenol. Peralatan untuk pemrograman menggunakan komputer dan software arduino 1.6.8, untuk memverifikasi pembacaan sensor suhu menggunakan microbath Fluke 7102.
Gambar 1. Skema kerja pengukuran pada alat
Peralatan dirangkai dengan skema kerja pada Gambar 1 dengan 2 (dua) buah sensor suhu dan sensor gerak sebagai input. Sensor suhu berupa RTD (resistance temperature detector) dengan model PT100 akan memberikan keluaran berupa resistansi yang berbeda-beda linear terhadap suhu yang dideteksi. Model PT100 pada saat mendeteksi suhu 0oC sensor suhu akan memberikan resistansi sebesar 100 Ω. Perubahan resistansi tersebut dihubungkan dengan signal conditioning berupa difference amplifier dengan penentuan komponen mempertimbangkan supaya hasil akhir pembacaan suhu dibatasi sekitar 40~125 oC. Signal
conditioning diatur agar hasil output maksimal yaitu tegangan ADC analog 1,1 volt. Kemudian referensi ADC pada arduino juga ditentukan 1,1 volt. Tegangan DC analog yang dihubungkan dengan pin Analog to Digital Converter (ADC) pada Arduino Uno R3 akan menghasilkan nilai ADC yang perlu dilakukan konversi untuk memperoleh penunjukkan nilai suhu yang sebenarnya. Proses konversi tersebut membutuhkan verifikasi terhadap pembacaan suhu yang dilakukan menggunakan microbath di Laboratorium Kalibrasi BBKKP.
Signal conditioning yang digunakan yaitu berupa difference amplifier dengan perhitungan bahwa hasil output maksimal dari signal conditioning tersebut yaitu 1,1 volt sebagaimana dijelaskan pada Trystan Lea (2010). Kemudian referensi ADC pada arduino ditentukan 1,1 volt melalui syntax analogReference()
(Arduino, -). Penentuan komponen pada signal conditioning juga mempertimbangkan supaya hasil akhir pembacaan suhu dibatasi sekitar 40~125 oC.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bentuk keseluruhan dari alat uji suhu pengkerutan kulit sistem digital tampak pada gambar 2 dengan dimensi keseluruhan 220x310x410 mm. Ketika alat uji akan digunakan pipa teleskopik direntangkan ke atas untuk mempermudah gelas piala diletakkan ke atas pemanas, kemudian contoh uji dipasngkan pada pengait tetap dan pengait bergerak. Pipa teleskopik diturunkan hingga menutup gelas piala sebelum alat uji dinyalakan.
Uji coba komponen dilakukan pada pemanas, rotary encoder, LCD penampil dan sensor suhu. Hasil uji coba pemanas S300 menunjukkan bahwa laju pemanasan 2-3°C mendekati persyaratan yakni konstan 2°C. Uji coba rotary encoder dilaksanakan dengan menghubungkan rotary encoder dengan mikrokontroler, program yang dituliskan pada modul arduino R3 tanpa menggunakan instruksi interrupt sehingga program harus selalu memantau input yang diberikan oleh rotary encoder. Penampil yang digunakan menggunakan
(a) (b)
Gambar 2. Alat uji suhu pengkerutan kulit digital kondisi (a) off (b) on
Verifikasi sensor suhu setelah terintegrasi dengan mikrokontroler menunjukkan nilai pembacaan ADC alat dan suhu microbath seperti ditampilkan pada Tabel 2, kemudian dibuat batasan untuk menkonversi dari ADC menjadi pembacaan suhu. Dengan software Microsoft Excel persamaan linear dibuat pada Tabel 3 untuk masing-masing rentang nilai ADC, selanjutnya diimplementasikan pada pemrograman Arduino.
Pada tabel 2, tampak ketika suhu microbath 36,5 oC maka nilai ADC rata-rata 10,35. Suhu inilah yang menjadi batas bawah dari alat yang dibuat. Ketika penyetelan suhu microbath kurang dari 36,5 oC, maka nilai ADC sudah tidak valid lagi. Sehingga pada Gambar 3 menampilkan pemrograman bahwa ketika suhu terkonversi di bawah 36,5 oC, maka akan ditampilkan pada LCD bahwa suhu di bawah 36,5 oC dan tidak ditampilkan hasil konversi dari pembacaaan ADC.
Pada tabel 2, ketika suhu microbath 122 oC menunjukkan nilai ADC rata-rata yaitu 987,20. Nilai ini mendekati nilai maksimum ADC sebesar 1023. Pada percobaan yang telah dilakukan, bahwa media pemanas berupa gliserin dalam fraksi air 25% akan mulai mendidih pada suhu 123 oC. Sehingga alat yang dibuat ini masih bisa membaca sampai titik didih media pemanas.
Tabel 2. Hasil verifikasi pembacaan ADC
No. Nilai ADC Pembacaan Microbath (oC)
1. 10,35 36,50
2. 99,85 45,00
3. 319,29 65,00
4. 604,43 90,00
5. 781,35 105,00
Tabel 3. Persamaan linear rentang nilai ADC dan suhu
No. Rentang suhu (oC) Rentang ADC Persamaan linear
1. 36,50 ~ 45,00 10,35 ~ 99,85 y = 0,09497x + 35,51704 2. 45,00 ~ 65,00 99,85 ~ 319,29 y = 0,09114x + 35,89956 3. 65,00 ~ 90,00 319,29 ~ 604,43 y = 0,087676x + 37,005857 4. 90,00 ~ 105,00 604,43 ~ 781,35 y = 0,084782x + 38,754922 5. 105,00 ~ 122,00 781,35 ~ 987,20 y = 0,082588x + 40,469787
Gambar 3. Pemrograman Pembatasan Suhu minimum
Gambar 4. Diagram pemasangan contoh uji dan bandul
Ketentuan pengkerutan kulit dicapai pada saat kulit mengkerut maksimum 0.3% dari panjang awal selama pemanasan secara perlahan-lahan (BSN, 2005). Dengan mempertimbangkan desain alat sesuai dengan SNI 06-7127-2005, maka diperlukan sensor gerak yaitu rotary encoder untuk mendeteksi kerutan dari contoh uji. Rotary encoder yang digunakan yaitu bertipe incremental encoder dengan kapasitas 500 p/r (pulse per rotation). Apabila panjang contoh uji mula-mula 50 mm dan syarat pengkerutan kulit adalah 0,3 %, maka
rotary encoder harus dapat mendeteksi pergerakan sampai terjadi translasi sejauh 0,15 mm. Untuk menentukan kondisi suhu kerut dilakukan dengan perhitungan dan ilustrasi Gambar 4.
Dari persamaan (1) diperoleh x = 1,59 pulsa, atau 1 pulsa sebanding dengan pergerakan 94 µm. Gerakan
rotary encoder dibedakan dua macam yaitu gerakan negatif (bertambah panjang) dan gerakan positif (kulit mengalami pengkerutan). Pada LCD penampil baris 1 memunculkan perubahan pergerakan dan suhu setiap waktu, sedangkan pada baris 2 akan menampilkan suhu pengkerutan yang terdeteksi pada pergerakan 150 µm.
Hasil uji coba alat menggunakan contoh uji kulit sapi dilakukan sesuai prosedur SNI 06-7127-2005, dan diperoleh hasil pengukuran pada tabel 4 memiliki korelasi terhadap nilai suhu pengkerutan kulit pada tabel 1 untuk kulit samak nabati berkisar 75-85°C dan kulit samak krom dapat mencapai suhu di atas 100°C. Secara umum, alat uji ini dapat berfungsi dengan baik dan mampu menampilkan suhu pengkerutan hingga di atas suhu 100°C sehingga memenuhi persyaratan SNI 06-7127-2005.
Tabel 4. Hasil uji coba alat uji suhu pengkerutan kulit sistem digital
No Jenis kulit Pembacaan Suhu Pengkerutan (°C)
1
Rekayasa alat uji suhu pengkerutan kulit tersamak dengan sistem digital yang dibuat dengan dimensi 220x310x410 mm menggunakan sensor gerak pengkerutan berupa rotary encoder 500 p/r dan sensor suhu menggunakan RTD tipe PT100 diitegrasikan dengan modul mikrokontroler arduino uno R3 dapat mengukur suhu pengkerutan kulit sesuai dengan SNI 06-7127-2005.
UCAPAN TERIMA KASIH
DAFTAR PUSTAKA
Anderson, Norman A. (1989). Instrumentation for Process Measurement and Control, Peennsylvania, USA: Chilton Company.
Arduino.cc, -, analogReference(), http://arduino.cc/en/Reference/AnalogReference, diakses pada 12 Desember 2014. Arsitika, W.P. & Murti, R.S., (2013). Prototipe Sistem Peringatan Dini Berbasis SMS untuk Mendeteksi Kenaikan Kadar
Gas Amoniak di Pengolahan Air Limbah Industri Penyamakan Kulit. Majalah Kulit, Karet, dan Plastik vol. 29 (1), 53-61.
BEIsensor, -, Optical Rotary Encoders - Incremental versus Absolute and Shafted versus Hollow Shaft Encoder Products, http://www.beisensors.com/technical-support-bei-rotary-encoder-vs-optical-encoder.html, diakses pada 19 Juni 2014.
BSN (Badan Standardisasi Nasional). (2005). SNI 06-7127-2005 Cara Uji Suhu Pengkerutan Kulit Tersamak. Jakarta, Indonesia: BSN.
Covington, A. D. (2009). Tanning chemistry: The science of leather. Cambridge, UK: The Royal Society of Chemistry.
Thomson, R. (2005). Leather in Conservation Science: Heritage Materials, edited by Eric May and Mark Jones.
Cambridge, UK:The Royal Society of Chemistry.
