Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SISTEM PENGUJI KUALITAS AIR MINUM BERDASARKAN NILAI
KONDUKTIVITAS DAN PH SERTA PENGATUR OTOMATIS PADA
PENGISIAN AIR MINUM ISI ULANG (AMIU)
Oleh
Aditya Dwi Herlambang
NIM : 612009005
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Februari 2015
i
INTISARI
Pada Skripsi ini dirancang dan direalisasi suatu sistem penguji kualitas air minum isi
ulang berdasarkan Nilai Konduktivitas dan pH serta pengatur otomatis apakah memerlukan
proses Reverse Osmosis atau tidak.
Dalam perancangan, alat terdiri dari mikrokontroler sebagai pengatur solenoid valve
yang terhubung langsung pada saluran proses pengujian air. Terdapat sepasang elektroda
sebagai pengukur konduktivitas air, sensor pH sebagai pengukur pH air dan sensor suhu
untuk mengukur suhu air. Untuk mengetahui besarnya TDS dalam air, digunakan
penghasil gelombang kotak AC dan diteruskan kepada dua resistor yang dipasang seri
bersama dengan elektroda yang akan masuk ke dalam air. Untuk mengetahui besarnya pH
dalam air, digunakan dua buah penguat, Penguat pertama dari sensor untuk membaca
tegangan atau nilai yang didapat dari air yang diukur, sedangkan rangkaian kedua
digunakan sebagai pembanding untuk nilai yang didapat dari sensor. Semua hasil
pengolahan data dari sensor akan menentukan apakah diperlukan proses Reverse Osmosis
atau tidak. Jika dibutuhkan, air keluaran dari alat ini akan dibawa menuju saluran Reverse
Osmosis, jika tidak dibutuhkan, air keluaran dari alat ini akan dibawa menuju saluran Ultra
Violet.
Alat yang direalisasikan mempunyai jangkauan pengukuran besar TDS air dari 0 ppm
sampai 200 ppm, besar pH 0-14 dan dapat membaca suhu air. Alat yang direalisasikan
memiliki dua menu pilihan, yaitu pengujian 1x dan pengujian berkala. Pengukur TDS
memiliki ralat pengukuran maksimum 1,7% dari alat pembanding TDS-3 keluaran HM
Digital. Alat yang dirancang menggunakan LCD karakter sebagai penampil menu utama
dan keluaran hasil pengukuran.
Kata kunci: air minum, TDS (Total Dissolved Solids)
ii
ABSTRACT
In this thesis designed and realized a system of drinking water quality testers
rechargeable based Conductivity and pH value as well as an automatic regulator requires a
process of reverse osmosis or not.
In the design, the tool consists of a microcontroller as a regulator solenoid valve is
connected directly to the drain water testing process. There is a pair of electrodes as a
measure water conductivity, pH sensors as measuring the pH of water and temperature
sensors to measure the temperature of the water. To determine the amount of TDS in
water, producing a square wave AC is used and passed on to the two resistors in series with
the electrodes that will go into the water. To determine the magnitude of the pH in the
water, use two amplifiers, the first amplifier of the sensor to read the voltage or the value
derived from the measured water, while the second circuit is used as a comparison to the
value obtained from the sensor. All of the data processing of the sensor will determine
whether the reverse osmosis process is required or not. If it is needed, the water output of
this tool will be brought into line Reverse Osmosis, if it is not needed, the water output of
this tool will be brought into line Ultra Violet.
Tools that have realized a large measurement range of 0 ppm TDS water to 200
ppm, pH 0-14 large and can read the temperature of the water. Realized tool has two menu
choices: 1x testing and periodic testing. TDS has corrected measurement measuring
maximum 1.7% of the comparator output HM TDS-3 Digital. Tools designed to use as a
character LCD viewer main menu and output measurement results.
Keywords: drinking water, Total Dissolved Solids
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Bunda Maria dan Yesus Kristus atas segala
rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta
penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika
dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini :
1. Bunda Maria dan Yesus atas semua berkat yang tak terkira sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Papa, Mama, adek, kakak serta keluarga besar penulis, terima kasih atas semua
dukungan doa, semangat, nasihat, materi, yang sudah diberikan kepada penulis.
3. Bapak Daniel Santoso, Bapak Deddy Susilo sebagai pembimbing I dan
pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, pengarahan dan solusi selama
mengerjakan skripsi ini.
4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, yang turut andil dalam proses
pengerjaan skripsi ini.
5. Orang-orang terkasih yang selalu ada untuk saling mendoakan, membantu dan
mendorong penulis, Tria, Martino, Johny, Yonatan, Vita, Andre, Yosua, Dion,
Tiara, Aksa, Wikan, Vita, Anel, Yuli, Nisa, Rudy, Alvian, terimakasih sudah
menemani dan memberi support yang sangat besar kepada penulis.
6. Teman-teman angkatanku 2009 yang lainnya, terima kasih banyak atas semua
pengalaman kuliah, susah sedih bersama selama di FTEK.
7. Teman2 komunitas Emmanuel: Ian, Frans, Ci Vinda, Una, Lana, Ci Gritta, Eve
(EO), Icha, yang selalu memberi semangat serta memberikan bantuan doa untuk
penulis.
8. Terima kasih juga untuk Maam Yeti, yang sudah , memberikan segala macam
bekal dalam kelas yang sudah saya ikuti selama perkuliahan, dorongan,
semangat, nasihatnya, serta rumah kedua selama masih menjadi murid di YEC.
9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi turut andil dalam
proses pengerjaan skripsi ini.
iv
10. Dosen-dosen pengajar, laboran, Mbak Rista, Mbak Dita dan Mbak Yolanda
terimakasih atas bantuannya.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu
penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi
ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga, Januari 2015
Penulis
v
DAFTAR ISI
INTISARI ........................................................................................... i
ABSTRACT ...................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. ix
DAFTAR ISTILAH .......................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1. Tujuan ...................................................................................... 1
1.2. Latar Belakang Permasalahan ................................................... 1
1.3. Spesifikasi Alat ........................................................................ 2
1.4. Sistematika Penulisan ............................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI ...................................................................... 4
2.1. Elektrolit .................................................................................. 4
2.1.1. Daya Hantar Listrik (Konduktivitas) ............................... 4
2.1.2. Keasaman Air (pH) ........................................................ 6
2.1.3. Hubungan Konduktivitas, Pergerakan Ion dan Temperatur 7
2.1.4. Hubungan Keasaman Air dan Temperatur ...................... 7
2.2. Arduino Mega 2560 .................................................................. 8
2.3. Sensor Suhu IC (Integrated Circuit) LM35 ............................... 11
2.4. IC (Integrated Circuit) PC817 .................................................. 11
2.5. IC (Integrated Circuit) ULN2803 ............................................. 12
2.6. Relay ....................................................................................... 13
2.7. LCD (Liquid Crystal Display) Karakter 20x4 .......................... 14
2.8. Scanning Keypad 4x4 ............................................................. 15
vi
BAB III PERANCANGAN ALAT ............................................................... 16
3.1. Gambaran Sistem ..................................................................... 16
3.2. Perancangan Dan Realisasi Perangkat Keras ............................. 18
3.2.1. Perangkat Elektronik....................................................... 18
3.2.2. Pengendali Utama ........................................................... 18
3.2.3. Board Mikrokontroler ..................................................... 19
3.2.4. Catu Daya ...................................................................... 23
3.2.5. Pengkondisi sinyal Sensor Konduktivitas ........................ 24
3.2.6. Pengkondisi sinyal Sensor pH ......................................... 30
3.2.7. Perancangan Tempat Pengujian Air ................................ 31
3.2.8. Solenoid Valve ................................................................ 31
3.2.9. Pompa Air Baku ............................................................. 32
3.2.10. Pompa Air Akuades ...................................................... 32
3.3. Perancangan Perangkat Lunak .................................................. 32
3.3.1. Diagram Alir Keseluruhan Alat ...................................... 33
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ....................................................... 35
4.1. Pengujian Sensor Konduktivitas, pH, dan Suhu ........................ 35
4.1.1. Pembuatan Larutan Uji ................................................... 35
4.1.2. Pengujian Sensor Konduktivitas...................................... 37
4.1.3. Pengujian Sensor pH ....................................................... 40
4.1.4. Pengujian Sensor Suhu ................................................... 41
4.2. Hasil Pengujian Sistem ............................................................ 43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 44
5.1. Kesimpulan .............................................................................. 44
5.2. Saran Pengembangan ................................................................ 45
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 46
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega2560 .................. 9
Gambar 2.2. Konfigurasi pin Sensor Suhu IC LM35 ....................................... 11
Gambar 2.3. Konfigurasi pin IC PC817........................................................... 12
Gambar 2.4. Konfigurasi IC ULN2803 ........................................................... 13
Gambar 2.5. Bentuk dan simbol relay ............................................................. 14
Gambar 2.6. Scanning Keypad 4x4 ................................................................. 15
Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Sistem yang Dirancang .................... 16
Gambar 3.2. Gambaran Keseluruhan Sistem yang Dirancang .......................... 17
Gambar 3.3. Realisasi Perangkat Elektronik .................................................... 18
Gambar 3.4. Realisasi Pengendali Utama ........................................................ 19
Gambar 3.5. Skema board mikrokontroler Arduino Mega 2560 ...................... 20
Gambar 3.6. Board mikrokontroler Arduino Mega 2560 ................................. 21
Gambar 3.7. Rangkaian Driver Relay .............................................................. 22
Gambar 3.8. Realisasi Rangkaian Driver Relay ............................................... 22
Gambar 3.9. Realisasi LCD ............................................................................ 23
Gambar 3.10. Realisasi Keypad ........................................................................ 23
Gambar 3.11. Rangkaian Catu daya +5V dan -5V ............................................. 24
Gambar 3.12. Realisasi Rangkaian Catu daya +5V dan -5V .............................. 24
Gambar 3.13. Skematik Pembagi Tegangan ...................................................... 25
viii
Gambar 3.14. Realisasi Sensor Konduktivitas ................................................... 26
Gambar 3.15. Skematik Penghasil Tegangan Dua Arah (AC) Dengan
Frekuensi 150Khz ....................................................................... 27
Gambar 3.16. Rangkaian Komparator ............................................................... 28
Gambar 3.17. Rangkaian Realisasi Pengkondisi Sinyal Sensor Konduktivitas ... 25
Gambar 3.18. Rangkaian Pengkondisi Sinyal untuk pH .................................... 30
Gambar 3.19. Realisasi Rangkaian Pengkondisi Sinyal untuk pH...................... 30
Gambar 3.20a Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Depan ................................. 31
Gambar 3.20b Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Samping Kiri....................... 31
Gambar 3.20c Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Samping Kanan ................... 31
Gambar 3.21. Solenoid Valve Dalam Sistem ..................................................... 32
Gambar 3.22. Diagram Alir Keseluruhan Alat .................................................. 33
Gambar 4.1. Grafik Tegangan ∆V Terhadap Perubahan TDS Air .................... 39
Gambar 4.2. Grafik Perbandingan Pembacaan TDS Alat Sendiri Dengan
Pembanding TDS Meter HM Digital TDS-3................................. 40
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Jarak ukur konduktivitas optimal dari elektroda dari 3 nilai Cell
Constant yang berbeda .................................................................... 5
Tabel 2.2. Klasifikasi air berdasarkan harga DHL ............................................ 6
Tabel 2.3. Konfigurasi pin LCD karakter 20x4 ................................................ 14
Tabel 3.1. Konfigurasi penggunaan pin/port Arduino Mega2560 ..................... 19
Tabel 4.1. Besar Nilai TDS Terhitung Dari Hasil Pelarutan Air Murni Dengan
Nacl ................................................................................................ 36
Tabel 4.2. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Beban Resistor Fisik Pada
V12 .................................................................................................. 37
Tabel 4.3. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Sensor Konduktivitas
Buatan Sendiri................................................................................. 38
Tabel 4.4. Hasil Pembacaan TDS-Alat Sendiri Dan Pembanding Dengan
TDS-3 ............................................................................................. 39
Tabel 4.5. Hasil Pembacaan Sensor Dan Pembanding Dengan Ph Meter
Lutron PH-201 ................................................................................ 41
Tabel 4.6. Hasil Pembacaan Sensor Suhu Air Dan Udara, Serta Diberikan
Pembanding Dengan TDS-3 ............................................................ 41
Tabel 4.7. Perbandingan TDS Tanpa Terkompensasi Suhu Dan Yang
Terkompensasi ................................................................................ 42
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Air dan Langkah Akhir yang Dilakukan Sistem ..... 43
x
DAFTAR ISTILAH
AC Alternating Current
COM Common
DC Direct Current
IC Integrated Circuit
NC Normally Closed
NO Normally Open
Op-Amp Operational Amplifier
TDS Total Dissolved Solids
LCD Liquid Crystal Display
DHL Daya Hantar Listrik
mV mili Volt