29

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Perancangan Desain

Dalam menentukan perancangan desain alat percobaan tegangan regangan

berbasis web server terdapat beberapa tahapan-tahapan yang bertujuan untuk

mencari desain terbaik. Metode perancangan yang diusulkan adalah dengan

menggunakan metode Pahl and Beitz. Dalam buku Engineering Design: A

Systematic Approach terdapat 4 fase dalam perencanaan. Adapun 4 fase

perencenaan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Perancangan berupa penjelasan tugas

2. Perancangan konsep sebuah produk yang dibuat

3. Perancangan bentuk produk

4. Perancangan kompleks

Metode perancangan dengan metode Pahl dan Beitz umumnya sering

digunakan pada bidang dunia industry, utamanya ketika membuat sebuah produk.

Secara umum metode perancangan yang akan digunakan adalah metode

perancangan disarankan oleh Pahl dan Beitz yang ditunjukkan oleh Gambar 3.1

dibawah ini.

30

-

Mulai

• Perencanaan dan Penjelasan

tegangan regangan pada poros

• Analisi pasar dan keadaan prtotype

• Memformulasikan usulan prototype

• Mengembangkan daftar persyaratan

• Mengembangkan solusi utama

• Mengidentifikasi masalah – masalah

penting

• Memformulasi usulan prototype

• Menentukan struktur fungsi danpengertian

• Memncari prinsip – prinsip kerja

• Membentuk beberapa alternatif

• Evaluasi terhadap kriterian teknis

• Mengembangkan struktur prototype

• Memnentukan bentuk awal dan memilih

material

• Memilih layout awal yang terbaik

• Memperbaiki layout

• Evaluasi terhadap kriteria teknis dan

ekonomis

• Mengembangkan struktur prototype

• Menentukan struktur prototype

• Menghilangkan kelemahan dan

kekurangan

• Persiapan daftar komponen awal dan

dokumen

• Pembuatan dan susunan produk

•

• Mengembangkan struktur prototype

• Menyiapkan dokumen pembuatan

• Mengembangkan gambar atau

daftar detail

• Periksa semua dokumen

Dokumen prototype

solusi

Info

rmas

i per

bai

ki

daf

tar

per

syar

atan

has

il u

mpan

bal

ik

Tin

gkat

an d

an P

erbai

kan

Per

enca

naa

n d

an

pen

jela

san

pro

typ

e

Per

enca

naa

n d

an k

on

sep

pro

toty

pe

Per

anca

ngan

ben

tuk

Per

enca

naa

n d

etai

l

Daftar Persyaratan

Konsep Protoype

Bentuk Awal

Bentuk Akhir

Gambar 3. 1 Diagram alir perencenaan metode Pahl and Beitz

31

3.1.1 Perencangan Desain

Dalam menentukan desain rancang bangun sistem akuisisi tegangan

regangan pada poros aluminium berbasis web server terdapat beberapa tahapan-

tahapan yang bertujuan untuk mendapatkan desain terbaik. Adapun beberapa

tahapan tersebut diantaranya:

1. Daftar Persyaratan

2. Identifikasi Masalah

3. Struktur Fungsi

4. Prinsip Kerja

5. Alternatif Produk

3.1.2 Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain

Daftar persyaratan dibuat untuk menjelaskan spesifikasi alat yang dibuat

dan persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi sebelum produk dikembangkan

lebih lanjut. Adapun Tabel 3.1 daftar persyaratan sebagai berikut:

Tabel. 3.1 Daftar Persyaratan Desain

Sifat Daftar Persyaratan Tanggal :

Rancang bangun sistem

akuisisi tegangan

regangan pada poros

aluminium berbasis web

server

Halaman :1

D/W Persyaratan

Geometri

D

Bentuk sederhana alat

percobaan.

32

W

Alat digunakan untuk

percobaan uji tegangan

regangan pada poros

aluminium.

Kinematik

W

W

D

W

- Menggunakan beban sebagai objek ukur.

- Menggunakan sensor strain gauge.

- Menggunakan microcontroller ESP8266.

- Fungsi dari setiap komponen harus tepat.

Energi

W

W

D

D

• Menggunakan energi mekanik berupa beban

• Menggunakan sensor strain gauge sebagai pengukur

tegangan regangan

• Menggunakan ESP8266 sebagai penerjemah hasil

pengkondisian sinyal.

• Menggunakan web server sebagai media monitoring

hasil pengujian

Teknik Daftar Persyaratan Tanggal

Rancang bangun sistem

akuisisi tegangan regangan

pada poros aluminium

berbasis web server

Halaman :2

D/W Persyaratan

Material

D

• Alat uji beam terbuat dari

poros pejal berbahan

aluminium.

• Konstruksi rangka alat

percobaan uji tegangan

33

regangan terbuat dari bahan

material plat besi.

W

W

D

Display.

• Ditampilkan pada smartphone

• Hasil pengujian dapat

ditampilkan pada Software

Arduino IDE.

• Grafik dapat ditampilkan pada

software python.

Keamanan

W

Environmental Safety :

• Operasional : Dapat

memonitoring hasil pembacaan

dari tempat yang jauh secara

aman

Biaya

D

Biaya produksi diharapkan tidak

terlalu tinggi dan murah.

Transportasi

W Mudah dibawa dan mudah

dpindahkan

Ergonomis

W

W

• Mudah dalam pengoperasian.

• Mudah dalam Pemantauan

hasil.

Produksi

D Skala Kecil

Pemrograman

34

D

D

• Mikrokontroler ESP8266

• Menggunakan Software

Arduino IDE untuk tampilan dan

terhubung pada rangkian.

Persyaratan dibuat berdasarkan kebutuhan penggun yang dapat bersifat

wajib dipenuhi (W) atau disarankan dipenuhi (D).

3.1.3 Identifikasi Masalah

Pada tahap ini penulis bertujuan untuk memperbaiki permasalahan yang ada

pada spesifikasi desain di atas. Adapun tahapannya sebagai berikut:

1. Data kuantitatif, yaitu dengan menghilangkan kesukaan/kesenangan pribadi dan

menghilangkan persyaratan yang tidak berkaitan langsung dengan fungsi dan

batasan-batasan penting. Dari kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut:

a. Sensor strain gauge alat percobaan uji tegangan regangan pada poros.

b. Membaca perubahan regangan

c. Tahanan resistansi.

d. Menggunakan strain gauge model BF350-3AA dengan hambatan 350 ohm.

e. Menggunakan jembatan wheatstone dengan metode full bridge.

f. Menggunakan amplifier berjenis in-amp INA125P

g. Menggunakan microcontroller ESP8266

h. Menggunakan web server sebagai platform untuk membaca hasil percobaan

35

2. Mengubah data kuantitatif menjadi data kualitatif dan dinyatakan dalam kalimat

yang sederhana. Dari kriteria tersebut didapatkan sebagai berikut:

a. Sensor strain gauge alat percobaan uji puntir poros.

b. Untuk membaca perubahan regangan dengan beban puntiran

c. Nilai resistansi sensor tergantung pada objek material

d. Sensor yang digunakan bermuatan sebesar 350 ohm.

e. Microcontroller sebagai pengkonversi sinyal analog ke sinyal digital

f. Menggunakan serial port ESP8266 untuk penerjemah sinyal.

g. Menggunakan smartphone yang terkoneksi internet untuk tampilan data.

h. Dapat memonitoring dengan jarak jauh.

i. Data yang dihasilkan berbentuk nilai angka untuk tujuan pengarsipan.

3. Kemudian menggeneralisir data kuantitatif. Dari kriteria tersebut didapatkan

hasil sebagai berikut:

a. Sensor strain gauge alat percobaan uji puntir poros.

b. Membaca perubahan regangan dengan beban puntiran

c. Microcontroller sebagai pengolah sinyal input dan output

d. Menggunakan web server sebagai platform untuk tampilan.

4. Kemudian menyimpulkan masalah. Didapatkan hasil sebagai berikut.

Perancangan alat percobaan untuk mengukur perubahan puntiran pada poros

secara realtime dengan menggunakan microcontroller ESP8266 yang berbentuk

nilai berupa angka dan grafik dan ditampilkan pada web server.

36

3.1.4 Struktur Fungsi

Dari formulasi penggalian serta konsep desain dapat direpresentasikan atau

digambarkan sebagai struktur fungsi berupa fungsi keseluruhan dan sub fungsi

dengan fungsi utama yang didasarkan pada aliran energi, sistem kontrol atau sinyal

dengan menggunakan diagram blok. Berikut ini merupakan diagram blok dari

sistem kerja pengukuran sensor strain gauge berbasis web server sebagai pengolah

serta pengiriman data menggunakan modul wifi ESP8266. Seperti pada gambar 3.2

berikut:

Beban Sensor Wheatstone

Bridge

Amplifier ESP8266 Web Server

Smartphone

Gambar 3.2 Diagram blok alat uji

37

3.1.5 Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari alat ukur percobaan tegangan regangan pada poros

aluminium yaitu, ketika sebuah beban dengan massa tertentu diletakkan pada

lengan yang terletak pada titik pembebanan, maka terjadilah perubahan regangan

geser pada poros aluminium. Kemudian sensor strain gauge melakukan pembacaan

berupa nilai perubahan regangan yang terjadi. Nilai keluaran yang ada pada sensor

strain gauge masih dalam nilai hambatan atau resistance yang sangat kecil.

Pengkondisian sinyal atau amplifier digunakan sebagai penguat keluaran hambatan

yang kecil dengan nilai miliVolt (mV) sehingga berupa Volt (V). Kemudian

microcontroller ESP8266 sebagai penerjemah sinyal dari masukan nilai analog

pada IC INA125P dirubah menjadi nilai sinyal digital. Selain itu mikrokontroler

juga sebagai pengolah input/output dari pemograman yang akan dijalankan dengan

hasil pembacaan data dari ESP8266 ditampilkan ke smartphone yang sudah

terkoneksi dengan internet. Untuk penampilan data smartphone digunakan platform

web server berupa nilai hasil pengujian dan data grafik. Diagram alir prinsip kerja

alat mulai dari awal sampai akhir dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini:

38

Tidak

Tidak

Beban

Perubahan

regangan

Sensor Strain

Gauge BF 350 –

3AA

Amplifier

Microcontroller

ESP8266

Smartphone

Selesai

Gambar 3.3 Diagram alir prinsip kerja tegangan regangan

39

3.1.6 Kombinasi dan Susunan Konsep

Kombinasi dan susunan konsep pada perancangan alat percobaan uji

punter dapat dijabarkan dengan bentuk table seperti berikut:

Tabel 3.2 Kombinasi dan susunan konsep

No Prinsip Solusi dan

Sub Fungsi 1 2 3

1. Metode

Statik

2. Pengukur puntiran

BF 350-3AA Strain Gauge

Rosette 90o

Strain

Gauge

Shear 45o

3.

Amplifier (Penguat

Instrumentasi)

HX711 INA125P AD8221

4. Bridge Connection

Half Bridge Quarter Bridge Full Bridge

5. Pemrosesan data

Arduino Uno ESP8266 Raspberry

Pi

40

6.

Jenis Tumpuan

Engsel Rol Jepit

7. Pengirim Data

Kabel Serial Radio

Frequency

8. Perangkat Akuisisi

Data

Smartphone Personal

Computer

9. Software

pemrograman

Arduino IDE Python Java

10. Platform Web

Server

MIT App

Inentor Thingspeak Apache

41

3.1.7 Pemilihan Konsep Varian

Dalam pembuatan konsep varian perlu diperhatikan segi teknik dan

ekonominya agar pembuatan produk menjadi ergonomis. Pemilihan konsep varian

dilakukan untuk pengerjaan model dan menentukan unjuk kerja secara kuantitatif.

Dari tabel 3.2 didapatkan hasil varian sebagai berikut:

Varian = 1-1, 2-1, 3-2, 4-3, 5-2, 6-3, 7-3, 8-1, 9-1, 10-2.

Dan bila susunan konsep di buat sebuah gambar desain, maka desain alat

akan seperti yang ditunjukan oleh gambar 3.4 di bawah ini

Keterangan gambar:

1. Base 6. Sensor strain gauge

2. Poros Aluminium 7. Box Microcontroller

3. Dudukan beban

4. Lengan

5. Tumpuan jepit

Gambar 3.4 Desain alat pengukuran tegangan regangan

42

3.2 Desain Skematik Rangkaian Elektronik

Perancangan ini akan digambarkan dalam sebuah rangkaian skematik,

rangkaian skematik ini merupakan gabungan antara sensor strain gauge, IC INA125

dan microcontroller ESP8266. Skema diagram dibuat agar lebih mudah untuk

memahami tata letak komponen serta hubungan antara satu komponen dengan

komponen lainnya. Gambar 3.5 merupakan rangkaian skematik dan layout

pendeteksi tegangan menggunakan sensor strain gauge.

3.3 Manufaktur Produk

Berdasarkan perancangan komponen mekanik dan elektronik yang telah

dibahas secara detail pada bab sebelumnya, diperoleh komponen-kompoonen

sistem yang diperlukan dalam proses pembuatan.

3.3.1 Komponen Alat yang digunakan

1. Lem Loctite 496 6. Coating

2. Cutter 7. Pinset

3. Amplas halus 8. Gunting

4. Multimeter 9. Solder

5. Alkohol 10. Timah

Gambar 3.5 Wiring diagram

43

3.3.2 Bahan yang digunakan

1. Resistor 10K ohm: 1 buah

2. Resistor 56 ohm: 1 buah

3. Sensor Strain Gage 350 ohm: 4 buah

4. ESP8266: 1 buah

5. IC INA125: 1 buah

6. Trimpot variable 1K = 1 buah

3.4 Proses Finishing

Finishing merupakan proses terakhir dalam urutan proses pembuatan sistem.

Proses finishing meliputi perbaikan bagian-bagian komponen yang belum

sempurna, pemasangan kabel dan sensor. Setelah komponen semua telah selesai

dikerjakan, kemudian komponen-komponen tersebut dirakit menjadi sistem yang

siap diuji. Adapun urutan cara merakitnya adalah sebagai berikut:

1. Memasang 4 buah sensor strain gauge pada poros aluminium dengan posisi

450 terhadap titik sumbu poros. Dapat dilihat pada gambar dibawah

2. Menyusun rangkaian wheatstone bridge pada tiap sensor dengan

menggunakan metode full bridge

3. Merangkai kabel input dan output pada IC INA125P

4. Menghubungkan kabel output INA125P ke pin analog ESP8266

Gambar 3.6 Pemasangan sensor strain gauge

44

5. Melakukan kalibrasi pada pin output INA125P dengan cara memutar trimpot

variable hingga nilai output pada amplifier menunjukkan angka 2,5-volt

seperti pada gambar dibawah.

6.Membuka aplikasi Arduino UNO

7. Menyiapkan sketch program pada Arduino IDE dan dilanjutkan verifikasi

sketch

8. Memberikan pembebanan pada alat uji pada lengan sesuai dengan titik

pembebanan yang disediakan secara berulang-ulang

Titik

pembebanan

L = 250 mm

Gambar 3.7 Pengkalibrasian jembatan

Gambar 3.8 Titik pembebanan

45

9. Membuka platform ThingSpeak untuk melihat hasil dari jarak jauh

10. Alat siap diuji untuk dilakukan pengambilan data.

3.5 Uji Performa Prototype

Uji performa pada pengujian ini berguna untuk mengetahui kinerja dari

prototype atau alat yang digunakan dengan mengklasifikasikan beberapa parameter

berupa variabel sebagai berikut:

a. Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variabel yang dilihat pengaruhnya terhadap

variabel terikat [23]. Pada penelitian ini, komponen variabel bebas adalah

beban dengan berat 0,604 kg, 1,413 kg, 3 kg, 4,13 kg, dan 6,249 kg.

b. Variabel Tetap

Variabel tetap adalah variabel yang berpengaruh terhadap variabel terikat

dengan pengaruh yang ditiadakan atau dikontrol secara konstan [23].

Penelitian ini memiliki beberapa variabel tetap seperti Aluminium 6061,

Gambar 3.9 Pembacaan hasil pada Thingspeak

46

microcontroller ESP8266, instrumentation amplifier IC INA125P dan strain

gauge dengan hambatan 350 ohm.

c. Variabel Terikat

Variabel terikat adalah variabel hasil dimana nilai dari variabel ini akan

berubah karena perubahan variabel bebas. Pada penelitian ini beberapa

variabel terikat adalah, regangan yang terjadi akibat beban puntir,

perubahan voltase.