PENANGGUNG JAWAB - jemit.fmipa.unila.ac.id

P E N A N G G U N G J AW A B Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA)

Universitas Lampung

P I M P I N A N R E D A KS I Gurum Ahmad Pauzi

D E W A N RE D A KS I Agus Riyanto

Arif Surtono Amir Supriyanto Sri Wahyu Suciyati

Junaidi Leni Rumiyanti Ediman Ginting Suka

Syafriadi Pulung Karo-karo Suprihatin

Donni Kis Apriyanto Iqbal Firdaus Humairoh Ratu Ayu

M I T R A B E S T A R I

Warsito (UNILA) Posman Manurung (UNILA) Simon Sembiring (UNILA)

Dwi Asmi (UNILA) Yanti Yulianti (UNILA)

A L A M A T R E D A KS I

Jurusan Fisika, Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung Telp. 0721-701609 Ext. 719 Fax. 0721-704625

Email: [email protected] http://jemit.fmipa.unila.ac.id/

Jurnal ini diterbitkan oleh Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung bekerja sama dengan Himpunan Fisika Indonesia Cabang Lampung, sebagai sarana

untuk mempublikasikan hasil penelitian, artikel review dari peneliti-peneliti di bidang fisika energi, material dan teknologi instrumentasi. Jurnal ini terbit empat kali setahun (Februari, Mei,

Agustus, dan November). Volume pertama terbit pada tahun 2020 dengan nama Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology (JEMIT) dengan ISSN 2747-2043.

Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology

ISSN 2747-2043, Volume 1, Nomor 2, Agustus 2020

http://jurnal.fmipa.unila.ac.id/index.php/jtaf/

DAFTAR ISI

Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology ISSN 2747-2043, Volume 1, Nomor 2, Agustus 2020

Halaman

Rancang Bangun Prototipe Pengoptimal Charging Baterai

pada Mobil Listrik dari Pembangkit Tenaga Surya dengan Menggunakan Sistem Boost Converter

Gurum Ahmad Pauzi, Diana Rahma, Sri Wahyu Suciyati, Arif Surtono

40 – 46

Sintesis dan Karakteristik Struktur, Sifat Fisis, dan Sifat

Mekanik Komposit Aspal Silika dengan Variasi Komposisi Aspal Silika (20%:80%wt; 15%:85%wt; 10%:90%wt)

Enang Widwiyantoro, Simon Sembiring, Syafriadi, Suprihatin

47 – 52

Desain High Temperature Gas-Cooled Reactor (HTGR) Model

Geometri Heksagonal Dua Dimensi dengan Bahan Bakar Thorium Hasil Daur Ulang

Mutia Utari, Yanti Yulianti, dan Agus Riyanto

53 – 57

Pengaruh Variasi Suhu Sintering Menggunakan Metode Pen-

campuran Basah M. Muntamijayati, Suprihatin, Yanti Yulianti, Simon Sembiring

58 – 63

Karakteristik Struktur Mikro Komposit Aspal Silika Sekam

Padi Dengan Variasi Komposisi (20%:80%, 15%:85% dan 10%:90%)

Qori Sari Dewi, Simon Sembiring, Syafriadi, Ediman Ginting

64 – 74

Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS

untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al)

Piana Hartina, Sri Wahyu Suciyati, Amir Supriyanto, Junaidi

75 – 80

-------------------------------------- * Corresponding author. E-mail addres: [email protected]

Rancang Bangun Prototipe Pengoptimal Charging Baterai pada Mobil Listrik dari Pembangkit Tenaga Surya dengan

Menggunakan Sistem Boost Converter

Gurum Ahmad Pauzi*, Diana Rahma, Sri Wahyu Suciyati, dan Arif Surtono

Jurusan Fisika, Universitas Lampung, Bandar Lampung, Indonesia, 35141

Article Information

Abstract

Article history: Received March 4rd, 2020 Received in revised form May 20rd, 2020 Accepted May 27rd, 2020

Keywords: Boost Converter, Diameter of wire, Electric Car.

In this research, the lithium-ion 48 Volt battery charging system's design was carried out on the prototype electric car using the boost converter tool. Boost converter consists of several circuit systems, namely oscillator circuit, trigger circuit, switching circuit, inductor, and DC output. IC TL 494 as pulse and frequency wave generator, used to regulate the switching process on the MOSFET circuit in the boost converter. This research was conducted by presenting variations in the inductor wire's diameter to determine the result of the current output used for the filling process by varying the diameter by 0.8 mm, 4 mm, and 8 mm. The number of wire twists used remains 5:27 and produces an output voltage boost converter of 54 Volts. The results showed the inductor wire's diameter affected the output of the boost converter and the length of battery charging time on the electric car. The length of time of battery draining at the wire's diameter is 0.8 mm, which is for 680 minutes, at the wire 4 mm diameter for 290 minutes, and at the diameter of the wire, 8 mm is for 400 minutes. The boost converter has the advantage of being more efficient in terms of dimensions, resulting in 3 times the voltage and power increase compared to the input voltage. The maximum panel input power of 14.5 Watts when added boost converter maximum power increased by 47.84 Watts.

Informasi Artikel

Abstrak

Proses artikel: Diterima 4 Maret 2020 Diterima dan direvisi dari 20 Mei 2020 Accepted 27 Mei 2020

Kata kunci: Boost Converter, Diameter kawat, Mobil listrik.

Pada penelitian ini, telah dilakukan perancangan sistem pengisian baterai Lithium Ion 48 volt pada mobil listrik dengan menggunakan alat boost converter. Boost converter terdiri dari beberapa sistem rangkaian yaitu rangkaian osilator, rangkaian trigger, rangkaian switching, induktor dan keluaran DC. IC TL 494 sebagai pembangkit gelombang pulsa dan frekuensi, digunakan untuk mengatur proses switching pada rangkaian MOSFET di boost converter. Penelitian ini dilakukan dengan meberikan variasi diameter kawat induktor untuk mengetahui hasil keluaran arus yang digunakan untuk proses pengisian, dengan memvariasikan diameter sebesar 0,8 mm, 4 mm dan 8 mm. Jumlah lilitan kawat yang digunakan tetap yaitu 5:27 dan menghasilkan tegangan output boost converter sebesar 54 Volt. Hasil penelitian menunjukkan diameter kawat induktor mempengaruhi keluaran dari boost converter dan lama waktu pengisian baterai pada mobil listrik. Lama waktu pengisan baterai pada diameter kawat 0,8 mm yaitu selama 680 menit, pada diameter kawat 4 mm yaitu selama 290 menit dan pada diameter kawat 8 mm yaitu selama 400 menit. Boost converter memiliki keunggulan seperti lebih efisien dalam segi dimensi, menghasilkan kenaikkan tegangan dan daya 3 kali lipat dibandingkan tegangan masukannya. Daya input panel maksimum sebesar 14,5 Watt ketika ditambahkan boost converter daya listrik maksimum mengalami peningkatan sebesar 47,84 Watt.

JOURNAL OF ENERGY, MATERIAL, AND

INSTRUMENTATION TECHNOLOGY

Journal Webpage https://jemit.fmipa.unila.ac.id/

Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol 1. No. 2, 2020

https://jurnal.fmipa.unila.ac.id/jemit

41

Pauzi dkk, 2020/ J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020

1. Pendahuluan

Peningkatan penggunaan kendaraan bermotor akan menyebabkan krisis energi, kejadian ini juga dapat menyebabkan timbulnya dampak yang tidak baik seperti polusi udara. Dalam perkembangannya, teknologi

kendaraan bermotor telah menempatkan mobil listrik menjadi salah satu solusi dalam mengantisipasi timbulnya dampak dari krisis energi. Penggunaan kendaraan listrik merupakan salah satu contoh pengembangan industri

clean energy (Purnomo, 2017). Dalam penggunaan mobil listrik tentunya membutuhkan stasiun pengisian kendaraan listrik, untuk pengisian daya pada baterai mobil listrik. Maka diperlukan inovasi proses pengisian daya yang lebih fleksible serta memanfaatkan energi listrik yang ramah lingkungan. Salah satu cara dengan memanfaatkan sel surya dan cahaya matahari sebagai sumber energi terbarukan dan diperlukan alat menaikkan tegangan yaitu Boost Converter agar pengisian daya dapat berlangsung.

Energi listrik dari sel surya dapat dihasilkan oleh sumber energi cahaya matahari kemudian dikonversi menjadi energi listrik. Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapatkan cahaya diperoleh dari kemampuan sel surya tersebut untuk memproduksi tegangan ketika diberikan beban dan arus (Anhar dkk, 2017). Rangkaian tambahan yaitu boost converter digunakan sebagai penaik tegangan, dimana tegangan keluaran lebih besar dibandingkan tegangan masuk tanpa menghilangkan daya berlebih sehingga mampu mengatasi kekurangan

tegangan pada proses pengisian daya (Jamlay, 2014). Pada saat ini sudah banyak peneliti yang mengembangkan energi alternatif dari cahaya matahari salah satunya adalah panel surya. Seiring dengan perkembangan zaman para peneliti mengembangkan pengisian daya menggunakan energi cahaya matahari dan panel surya dengan menambahkan rangkaian boost converter. Pada pembuatan boost converter kita dapat memvariasi diameter kawat

pada induktor boost converter sehingga memperoleh pengisian daya baterai mobil listrik yang optimal.

2. Metode Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah multimeter digital, panel surya, solar charge controller, wattmeter, baterai lithium ion 48 volt, solder, dan luxmeter. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah IC TL 494, MOSFET, diode, resistor, kapasitor, transistor, elco, induktor, kabel, timah, dan soket.

2.1 Perancangan Boost converter

Tahap perancangan rangkaian boost converter dengan menggunakan komponen Induktor (L), Dioda (D),

sistem saklar atau switching, kapasitor dan terhubung ke beban (hambatan output). Rangkaian boost converter akan digunakan sebagai rangkaian tambahan selama proses pengecasan baterai lithium-ion. Diagram alir proses kerja boost converter ditunjukan pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram kerja boost converter

Prinsip kerja Boost Converter sebagai berikut:

Power supply diberikan dari panel surya, dalam kondisi maksimum akan memberikan tegangan 18.5 Volt, Regulator sebagai komponen yang mengatur tegangan yang akan masuk ke IC TL 494, Komponen pembangkit gelombang pulsa, IC TL 494 untuk mengatur dan memberikan frekuensi serta gelombang pulsa pada proses ON/OFF rangkaian, Komponen trigger yaitu transistor A1266, berfungsi untuk menguatkan gelombang pulsa dari osilator dan mendrive MOSFET. MOSFET sebagai komponen pensaklaran kemudian Sinyal atau tegangan akan melewati induktor pada saat kondisi OFF maka tegangan dari sumber akan disimpan di induktor, ketika kondisi ON maka arus dari induktor mengalir ke beban melewati dioda sehingga energi di induktor mengalami

penurunan. Beban akan disuplai dari tegangan sumber dan ditambah dengan besar tegangan di induktor yang saat itu juga sedang melakukan proses pelepasan energi, Kemudian sinyal atau arus melewati dioda (dioda scottky) untuk disearahkan sinyalnya. Kemudian melewati kapasitor dimana sinyal akan difilter, untuk mengurangi ripple pada sinyal yang sebelumnya telah melewati diode, Kemudian arus mengalir ke beban, beban yang digunakan adalah baterai Lithium-ion 48 volt.

2.2 Perancangan Media Uji

Media uji tersusun atas panel surya 100 wattpeak yang tersinari cahaya matahari, kemudian terhubung ke solar charge controller untuk mengoptimalkan tegangan dari panel, output tegangan dan arus dari solar charge

42 Pauzi GA, Rahma D, Suciyati SW, dan Surtono A, 2020, Rancang Bangun Prototipe Pengoptimalan Charging Baterai Pada Mobil Listrik dari Pembangkit Tenaga Surya dengan Menggunakan Sistem Boost Converter, Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

controller mengalir pada rangkaian boost converter untuk dinaikkan tegangannya, output dari boost converter akan terbaca pada wattmeter, dan output dari boost converter dapat digunakan untuk mengisi baterai lithium ion 48 volt. Rancangan pengisian daya baterai mobil listrik dari sumber energi panel surya menggunakan boost converter dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Rancangan pengisian daya baterai.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1 Realisasi Alat

Boost converter yang akan digunakan sebagai rangkaian tambahan untuk menaikkan tegangan selama proses pengisian daya baterai lithium ion pada mobil listrik. Tahap perancangan boost converter dengan menggunakan komponen IC TL494 dan beberapa komponen pendukung sebagai rangkaian osilator untuk membangkitkan gelombang pulsa. Kemudian transistor A1266 sebagai rangkaian trigger untuk menguatkan gelombang pulsa yang dibangkitkan rangkaian osilator, kemudian mendriver MOSFET untuk proses switching, dan melewati rangkaian induktor dengan jumlah lilitan 5:27 untuk menaikkan tegangan keluaran sebesar 54 volt. Diberi variasi diameter kawat sebesar 0,8 mm, 4 mm dan 8 mm untuk melihat keluaran arus yang dihasilkan

selama proses pengisian baterai dan mengetahui lama waktu pengisian baterai lithium ion 48 volt pada mobil

listrik. Rangkaian keseluruhan dalam proses pengisian baterai mobil listrik terdiri dari sumber energi listrik tenaga surya, kemudian dihubungkan ke Sollar Charge Controller, keluaran dihubungkan ke alat boost converter untuk dinaikkan tegangan dan hasil keluaran arus dan tegangan terhubung ke wattmeter untuk melihat hasil keluarannya dan dihubungkan ke baterai untuk melakukan pengisian.

Realisasi alat boost converter dan proses pengisian daya baterai lithium-ion 48 volt pada mobil listrik ditunjukkan pada Gambar 3.

(a) (b)

Gambar 3. (a) Menunjukan realisasi boost converter dan (b) proses pengisian baterai lithium-ion 48 volt pada mobil listrik

43


Pada Gambar 3. (a) terdapat rangkaian osilator, induktor dan elco. Fungsi osilator untuk membangkitkan gelombang pulsa supaya terjadi proses switching pada MOSFET sehingga dapat melakukan pengisian dan pengaliran arus menuju induktor dan beban (baterai lithium-ion). Fungsi induktor pada rangkaian ini yaitu

sebagai komponen yang dapat melakukan induktansi magnetik dan menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik (Muharom, 2017). Induktor yang digunakan yaitu memiliki jumlah lilitan 5:27 dan mampu menghasilkan kenaikkan tegangan dari 14 volt mencapai 54 volt, pada penelitian ini memberikan 3 variasi diameter untuk mengetahui optimalisasi boost converter dari arus yang dihasilkan untuk melakukan pengisian

daya pada baterai lithium-ion. Komponen elco pada rangkaian ini digunakan untuk penyimpanan energi dari proses pengisian dan pengosongan energi pada induktor dan alat.

Pada Gambar 3. (b) menunjukan proses pengisian baterai lithium-ion 48 volt pada mobil listrik. Dapat dilihat pada gambar terdapat panel surya 100 Wp satu buah digunakan sebagai sumber tegangan DC, keluaran dari panel surya dihubungkan pada solar charge controller untuk mengoptimalkan arus dan tegangan dari panel surya. kemudian terdapat boost converter, merupakan rangkaian untuk menaikkan tegangan DC supaya tegangan sumber dapat ditingkatkan dan mampu melakukan pengisian beban (baterai lithium-ion 48 volt). Kemudian terdapat baterai lithium-ion 48 volt sebagai beban yang digunakan pada penelitian ini. Proses pengisian daya dilakukan dari baterai mengalami pengosongan sampai terisi penuh, dilakukan tiga kali pada variasi diameter kawat induktor yang terdapat pada boost converter.

3.2 Rangkaian Elektronika Boost Converter

Boost converter tersusun atas beberapa komponen elektronika seperti IC TL 494, transistor A1266, MOSFET, kapasitor, dioda, resistor dan induktor. Berikut skema rangkaian elektronika boost converter.

Gambar 4. menunjukan rangkaian elektronika boost converter yang digunakan pada penelitian untuk menaikkan tegangan pada proses pengisian baterai lithium-ion 48 volt.

Gambar 4. Rangkaian elektronika boost converter

Boost converter merupakan rangkaian DC-DC converter untuk mengubah tegangan input yang lebih kecil

menjadi tegangan output yang lebih besar dengan polaritas yang sama. Didalam alat boost converter dibagi menjadi beberapa bagian yaitu rangkaian osilator, rangkaian trigger dan final. a. Rangkaian osilator. Osilator pada rangkaian tersebut dapat membangkitkan gelombang pulsa dan frekuensi yang digunakan untuk proses switching, komponen pembangkitnya adalah IC TL494. Diatur dikaki 5 IC yaitu sebagai (CT) Capacitor Timer dan dikaki 6 IC yaitu sebagai (RT) Resistor Timer, nilai tersebut akan memberikan frekuensi pada osilator. Pada rangkaian ini nilai frekuensi yang dibangkitkan oleh osilator sebesar 70 kHz. b. Rangkaian Trigger. Rangkaian trigger merupakan rangkaian untuk menguatkan sinyal pulsa dari osilator sebelum proses switching terjadi. komponen yang digunakan adalah transistor A1266 untuk menguatkan sinyal dan mendrive komponen MOSFET IRFZ44N yang berfungsi sebagai saklar (switch), dapat menghubungkan dan

memutuskan tegangan dengan sangat cepat. MOSFET ini mampu melakukan switching ke induktor setelah gelombang dan tegangan dibangkitkan oleh rangkaian osilator dan dikuatkan oleh rangakain trigger. Rangkaian Final

Komponen rangkaian final yaitu MOSFET dan induktor, proses switching yang begitu cepat dapat membuka dan menutup rangkaian, gelombang pulsa dan tegangan input ketika MOSFET on arus dari sumber menuju induktor (terjadi pengisian arus pada induktor), kapasitor dalam keadaan discharge untuk menjaga outputnya. Ketika MOSFET off dan diode on arus yang disimpan induktor akan berkurangan karena impedansi yang lebih tinggi. Berkurangknya arus pada induktor menyebabkan induktor tersebut melawannya dengan membalik polaritasnya lebih negatif pada sisi kiri. Arus yang mengalir pada diode dan beban adalah penjumlah antara arus pada sumber dan arus pada induktor.


3.3 Pengaruh diameter kawat terhadap daya yang dihasilkan

Pengujian pertama dilakukan dengan mencari pengaruh jumlah lilitan dan diameter kawat induktor boost converter yang digunakan terhadap keluaran tegangan dan besar arus dari sumber tegangan panel surya kemudian ditambahkan boost converter selama waktu pengisian berlangsung. Grafik perbandingan waktu pengisian daya ditunjukan oleh Gambar 5.

Gambar 5. merupakan grafik perbandingan waktu pengecasan berdasarkan diameter kawat induktor pada rangkaian boost converter dilakukan selama waktu pengisian dengan variasi diameter kawat induktor 0,8 mm, 4 mm, dan 8 mm. Pada diameter kawat 4 mm memiliki keteraturan dan waktu pengisian lebih cepat dibandingkan diameter kawat 0,8 mm dan 8 mm yang ditunjukan pada Gambar 5. Proses pengisian daya baterai pada variasi kawat 0,8 mm baterai dapat terisi penuh selama 680 menit, diameter kawat 4 mm dapat mengisi baterai hingga penuh selama 290 menit dan diameter kawat 8 mm dapat mengisi baterai hingga penuh selama 400 menit. Semakin banyak jumlah lilitan dan besar diameter kawat yang digunakan maka daya yang dihasilkan semakin besar. Maka pengaruh daya berhubungan dengan lama waktu pengecasan semakin besar daya yang dihasilkan semakin cepat proses pengisian daya pada baterai.

Penelitian ini menunjukan bahwa diameter kawat 4 mm merupakan diameter kawat yang lebih baik dan lebih cepat untuk melakukan pengisian baterai karena diameter kawat 4 mm cukup optimal dan mampu bekerja

ketika mendapatkan tegangan dan arus input dari panel surya yang relatif kecil. Hasil perhitungan rata-rata

intensitas cahaya pada diameter 4 mm sebesar 84.393 Lux nilai ini lebih kecil dibandingkan rata-rata intensitas cahaya pada diameter 8 mm yaitu sebesar 86.765 Lux yang ditunjukan pada tabel 1. Nilai rata-rata intensitas cahaya pada penelitian ini menunjukan intensitas cahaya tidak mempengaruhi kecepatan pada pengisian daya baterai karena nilai rata-rata intensitas cahaya pada diameter kawat 4 mm lebih kecil dibandingkan 8 mm tetapi proses pengisian lebih cepat pada diameter kawat 4 mm yaitu mencapai waktu 290 menit hingga baterai terisis

penuh. Dapat dilihat tabel rata-rata pengukuran intensitaas cahaya matahari pada saat proses pengambilan data pengukuran ditunjukan pada Tabel 1.

Tabel 1. Rata-rata pengukuran intensitas cahaya

Diameter Kawat Induktor (mm)

Rata-rata intensitas cahaya matahari (Lux)

0,8 83.294 4 84.393 8 86.765

Diameter kawat 8 mm hasil pengisian daya tidak lebih cepat karena, faktor tegangan dan arus input yang

cukup rendah maka tidak mampu dan tidak sesuai dengan kemampuan induktor yang akan diswitching karena energi induktor lebih besar dibandingkan energi dari sumber tegangan dan arus yaitu panel surya. Untuk tegangan output kondisi non ideal pada 8 mm, menurut Muharom Dkk (2017) karena semakin besar nilai induktansi maka semakin besar pula hambatan pada induktor tersebut yang berpengaruh pada menurunnya

tegangan output yang dihasilkan. Analisa pengaruh rangkaian pada boost converter untuk dapat menaikan tegangan dan melakukan

pengisian daya yaitu, efek dari elemen rangkaian pasif seperti induktor dan kapasitor pada kinerja rangkaian signifikan dalam rangkaian konverter daya DC-DC (Balci, 2019). Rangkaian konverter DC-DC, nilai rasio tugas

dan frekuensi switching dari semikonduktor daya elemen aktif mempengaruhi riak tegangan keluaran, dan riak tegangan keluaran rangkaian konverter bervariasi tergantung pada kondisi beban. Juga, amplitudo riak tegangan keluaran dipengaruhi oleh nilai induktor dan kapasitor keluaran. Rangkaian konverter DC-DC, riak tegangan keluaran dapat dikurangi dengan meningkatkan frekuensi switching (Balci, 2019). Maka dari itu induktor cukup mempengaruhi lama waktu pengisian daya yang hasil pengambilan data dapat dilihat pada grafik gambar 5.

Gambar 5. Grafik perbandingan waktu pengisian daya baterai berdasarkan diameter kawat

45


3.4 Tegangan Sebelum dan Sesudah Diberikan Boost Converter

Proses pengujian diperoleh pengaruh tegangan ketika sebelum diberi rangkaian boost converter dan sudah

diberikan rangkaian boost converter selama proses pengisian daya baterai. Berikut grafik pengujian menggunakan tiga variasi diameter kawat induktor 0,8 mm, 4 mm, dan 8 mm yang ditunjukkan pada Gambar 6.

(a) (b)

(c)

Gambar 6. Grafik tegangan sebelum dan sesudah diberi boost converter pada diameter kawat (a) 0,8 mm, (b) 4 mm, dan (c) 8 mm.

Gambar 6. menunjukkan grafik hubungan tegangan sebelum dan sesudah diberikan rangkaian boost

converter pada setiap variasi kawat yang digunakan. Pada grafik tersebut menunjukkan hasil yang relatif sama. Pada tegangan sebelum diberikan boost converter memiliki keluaran dibawah 15 volt untuk diameter kawat 0,8

mm pengisian selama 680 menit, diameter kawat 4 mm selama 290 menit dan diameter kawat 8 mm selama 400

menit, setelah diberikan rangkaian boost converter, tegangan mengalami 3 kali peningkatan menjadi 46 Volt diawal waktu dan semakin meningkat sampai menit terakhir pengisian dengan tegangan sebesar 54 Volt. Penurunan terjadi dibeberapa menit tertentu diakibatkan oleh intensitas cahaya matahari yang secara cepat mengalami penurunan nilai intensitasnya. Sesuai penelitian Fanani dkk (2014) boost converter cocok digunakan sebagai rangkaian penaik tegangan pada proses pengisian baterai kendaraan listrik, karena dapat menaikkan tegangan yang dibutuhkan pada proses pengisian baterai dengan ratio yang tinggi.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa pengaruh

penambahan boost converter dapat meningkatkan tegangan output rangkaian pengisian baterai Lithium Ion 48 Volt dari sumber tegangan panel surya dan daya listrik mengalami kenaikan 3 kali dari 14,5 Watt mencapai 47,84 Watt. Diameter kawat induktor pada boost converter 4 mm lebih cepat melakukan pengisian baterai dibandingkan diameter kawat 0,8 mm dan 8 mm yaitu waktu pengisian selama 290 menit.

5. Daftar Pustaka

Anhar, A.S., I.D, Sara dan R.H, Siregar. 2017. Desain Prototype Sel Surya Terkonsentrasi Menggunakan Lensa Fresnel. Jurnal Online Teknik Elektro. 2(3): 1-7.


Aryza, Solly, Hermansyah., P.U.S Andysyah, Suherman dan L. Zulkarnain. 2017. Implementasi Energi Surya Sebagai Sumber Suplai Alat Pengering Pupuk Petani Portable. IT Journal Research and Development. 2(1): 12-18.

Cheng, C. L., Chan, C.Y., dan Chen, C.L., (2007) An empirical approach to estimating monthly radiation on south-facing tilted planes for building application, Amsterdam, Journal of Energi, Volume 31, Issue 14, pp. 2940-2957.

Duffie, A William dan William, A Beckman. 2008. Solar Engenering of Thermal Processes. John Wiley and sons. Newyork.

Fanani, Akhmad Zaky. M. Ashari dan T. Yuwono. 2014. Desain dan Simulasi Konverter Boost Multilevel sebagai Catu Daya Kendaraan Listrik. Jurnal Teknik POMITS. 3(1): B-1:B-6.

Jamlay, Marselin dan F.W. Muhammad. 2014. Dual Feedback Control DC-DC Boost Converter Menggunakan PI Controller. Jurnal Inovtek. 4(2): 91-97.

Muharom, Syahri. Odinanto, Tjahja dan P. Wiryo. 2017. Analisa Induktor Pada Rangkaian Boost Converter. Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan. ISBN 978-602-98569-1-0. B-305-B-309.

Purnomo, S.J., B.H. Pratama., L.N. Hakim., Nurofik dan S. Pambudi. 2017. Uji Eksperemintal Kinerja Mobil Listrik. Prosiding SNATIF ke-4. Universitas Tidar. Magelang.

R. Eberhart, J. Kennedy, A new optimizer using particle swarm theory, MHS’95, in: Proceedings of the Sixth International Symposium on Micro Machine and Human Science, Ieee, 1995, pp. 39–43.

Rochman, Sagita dan Sembodo, Budi Prijo. 2014. Rancang Bangun Alat Kontrol Pengisian Aki Untuk Mobil Listrik

Menggunakan Energi Sel Surya dengan Metode Sequensial. Jurnal Teknik WAKTU. 12(2): 61-66.

S. Balci, A CFD simulation of the liquid-cooled pipe conductors for the high power and high frequency power electronic circuits, Measurement 147 (2019) 106885.

S. Balci, A. Kayabasi, B. Yildiz, ANN-based estimation of the voltage ripple according to the load variation of battery

chargers, Int. J. Electron. (2019) 1–11.

Takle, E. S., and Shaw, R. H. (2007) Complimentary Nature of Wind and Solar Energy at a Continental Mid-Latitude Station. New York. International Journal of Energy Research, Volume 3, Issues 2, pp. 103-112.

Yuliananda, Subekti. Sarya, Gede dan RA Retno Hastijanti. 2015. Pengaruh Perubahan Intensitas Matahari Terhadap Daya Keluaran Panel Surya. Jurnal Pengabdian LPPM Untang Surabaya. 01(2): 193-202.

Zainuri, F., A. Apriana dan D.D., Haryadi. 2015. Optimalisasi Rancang Bangun Mobil Listrik Sebuah Studi Kendaraan Hemat Energi Sebagai Bagian Solusi Alternatif Krisis Energi Dunia. Jurnal Politeknologi. 14(3): 1-8.

-------------------------------------- * Corresponding author. E-mail addres: (a)[email protected]; (b)[email protected], (c)[email protected], (d)[email protected]

Sintesis dan Karakteristik Struktur, Sifat Fisis, dan Sifat Mekanik Komposit Aspal Silika Dengan Variasi Komposisi

Aspal Silika (20%:80%wt; 15%:85%wt; 10%:90%wt)

Enang Widwiyantoroa, Simon Sembiringb, Syafriadic, dan Suprihatind


Article Information

Abstract

Article history: Received March 20rd, 2020 Received in revised form May 30rd, 2020 Accepted June 7rd, 2020

Keywords:

Asphalt Silica Composite, XRD, Physical and Mechanical Properties

Synthesis and characterization of asphalt silica composites with various compositions have been carried out 20%: 80%wt; 15%: 85%wt; 10%: 90%wt. Silica synthesis was carried out using the sol-gel method. The materials used are rice husks, solid asphalt, distilled water, gasoline, NaOH 1,5% and HNO3 10%. This research was conducted for knowing the effect variations composition of asphalt silica on the phase structure, physical, and mechanical properties. The results of characterization asphalt silica composites with X-Ray Diffraction (XRD) obtained nothing change of phase and so that the phase structure still amorphous that consist of amorph silica and amorph carbon. The result of water adsorbent testing obtained that all variation was infest the standard, which was above 10%. The result compressive strength testing obtained the variation 15%:85%wt got the highest value amount 47,55 Mpa.

Informasi Artikel

Abstrak

Proses artikel: Diterima 20 Maret 2020 Diterima dan direvisi dari 30 Mei 2020 Accepted 7 Juni 2020

Kata kunci:

Komposit Aspal, Silika, XRD, Sifat Fisis dan Sifat Mekanik

Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi sampel komposit aspal silika dengan variasi komposisi 20%:80%wt; 15%:85%wt; 10%:90%wt. Sintesis silika dilakukan dengan menggunakan metode sol-gel. Bahan yang digunakan adalah sekam padi, aspal padat, akuades, bensin, NaOH 1,5% dan HNO3 10%. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi aspal silika terhadap fasa yang terbentuk, sifat fisis (daya serap air), dan sifat mekanik (kuat tekan). Hasil karakterisasi sampel komposit aspal silika dengan X-Ray Diffraction (XRD) diperoleh tidak ada perubahan fasa sehingga fasa yang terbentuk tetap amorf yang terdiri dari silika amorf dan karbon amorf. Daya serap air yang telah dilakukan memperlihatkan semua sampel telah memenuhi standar yang ditetapkan, yaitu dibawah 10% dengan rata-rata persentase daya serap air ~7%. Kuat tekan dengan perbandingan 15%:85%wt mendapatkan nilai tertinggi sebesar 47,55 MPa.

1. Pendahuluan

Komposit merupakan salah satu material yang sedang diciptakan atau dikembangkan pada era industri saat ini. Material komposit terususun atas dua bahan atau lebih dan memiliki sifat bahan yang berbeda satu sama lainnya [Hildayati et al., 2009]. Campuran material komposit dengan komposisi yang sesuai membuat material tersebut menjadi unggul, baik dari segi kekuatan, stabilitas termal, dan sifat mekaniknya [Ardhaniswari, 2019]. Dewasa ini, material komposit yang sering digunakan adalah silika aspal. Silika merupakan senyawa antara silikon dan oksigen sehingga memiliki rumus molekul SiO2 dan merupakan senyawa yang melimpah dialam, seperti silika dari sekam padi [Sun, 2001]. Silika dari sekam padi memiliki sifat mudah reaktif dengan unsur lain, tahan terhadap temperatur tinggi, konduktivitas termal yang rendah sehingga cocok dijadikan sebagai bahan isolator, memiliki kekerasan yang tinggi, dan bersifat hidrofilik (mudah menyerap air) [Chandrasekhar et al, 2002; Sapei et al., 20015]. Sifat tersebut sering menjadikan silika sekam padi sebagai bahan pengisi (filler) dalam komposit, seperti bahan filler dalam campuran aspal. Aspal merupakan material perekat berwarna hitam atau coklat tua dengan unsur utamanya adalah bitumen dan terbuat dari hasil (residu) distilasi minyak bumi [Sutapa,






48

Dwiyantoro E, Sembiring S, Syafriadi, dan Suprihatin, 2020, Sintesis dan Karakteristik Struktur, Sifat Fisis, dan Sifat Mekanik Komposit Aspal Silika Dengan Variasi Komposisi Aspal Silika (20%:80%wt; 15%:85%wt; 10%:90%wt), Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

2016]. Fungsi perekat pada aspal adalah untuk meningkatkan kualitas aspal terhadap kelekatan dan kelenturan [Edison, 2010]. Selain perekat, meningkatan kualitas aspal juga dapat dilakukan dengan menambahkan bahan filler. Filler pada campuran aspal berfungsi sebagai pengisi rongga-rongga antar agregat yang dapat meningkatkan karakteristik aspal. Penelitian Ridwan dan Nadia (2017) juga menunjukkan bahwa penambahan silika ke material

aspal sampai batas tertentu dapat meningkatkan nilai stabilitas dan nilai adhesi sebesar 8,59%. Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, dalam penelitian ini dilakukan pembuatan komposit aspal silika dengan metode sol-gel. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi aspal silika terhadap fasa yang terbentuk, sifas fisis (daya serap air) dan sifat mekanik (kuat tekan).


Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah silika dari sekam padi, aspal padat, NaOH 1,5%, HNO3

10%, akuades dan bensin. Tahapan yang dilakukan pada penelitian ini yaitu ekstraksi silika sekam padi dan

pembuatan komposit aspal silika.

2.1 Ekstraksi Silika Sekam Padi

Membersihkan sekam padi terlebih dahulu untuk menghilangkan pengotor yang menempel pada sekam padi

agar tidak mempengaruhi hasil saat melakukan ekstraksi sekam padi. Menimbang sekam padi yang telah

dibersihkan sebanyak 500 gram, lalu memasukkannya kedalam beaker glass yang berisi larutan NaOH 1,5% dan

akuades 5 liter. Selanjutnya, memanaskannya dengan kompor listrik 600 watt selama 30 dan sambil diaduk agar.

Melakukan aging pada sekam padi yang telah dipanaskan selama 24 jam dengan menutupnya menggunakan

plastik cling wrap. Menyaring ampas sekam padi dari ekstrak sekam padi, agar diperoleh sol silika. Meneteskan

sol silika dengan larutan HNO3 10% yang telah dicampur dengan 1 liter akuades sedikit demi sedikit untuk

memperoleh gel silika dengan menggunakan magnetic strirer agar larutan menjadi homogen. Gel silika yang

terbentuk di aging selama 24 jam dan ditutup dengan plastik cling wrap. Selanjutnya didapatkan gel silika yang

berawarna coklat kehitaman, lalu gel silika dicuci dengan air hangat hingga gel menjadi berwarna putih.

Mengeringkan gel silika dengan oven pada suhu 110°C selama 3 jam hingga diperoleh silika padatan, lalu digerus

hingga halus dan diayak menggunakan 250 mesh agar mendapatkan serbuk silika yang lebih halus. Secara

umum proses ekstraksi silika sekam padi ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram Alir Ekstraksi Silika Sekam Padi

49 Widwiyantoro dkk, 2020/ J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020

2.2 Pembuatan Komposit Aspal Silika

Variasi Komposisi aspal silika yang digunakan yaitu 20%:80%wt; 15%:85%wt; 10%:90%wt dengan total

massa setiap komposit aspal silika adalah 5 gram. Memanaskan aspal dengan hotplate pada suhu 160°C sambil menambhakan larutan bensin 30 ml untuk mempermudah melelehkan aspal padat. Selanjutnya memasukkan serbuk silika sesuai dengan variasi komposisinya sedikit demi sedikit dan diaduk agar tercampur homogen.

Selanjutnya mengoven paduan komposit aspal silika selama 3 jam pada suhu 150°C agar senyawa bensin yang terkandung dapat menguap. Selanjutnya menggerus paduan komposit dan diayak dengan ukuran mesh 150 untuk mendapatkan serbuk paduan silika aspal yang lebih halus sebelum dilakukan karakterisasi XRD. Setelah itu dilakukan pemeletan untuk dilakukan uji fisis (daya serap air) dan uji mekanik (kuat tekan). Secara umum proses pembuatan komposit aspal silika ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Diagram Alir Pembuatan Komposit Aspal Silika

2.3 Karakterisasi dan Uji

Karakterisasi sampel komposit aspal silika yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) sedangkan uji yang dilakukan adalah uji fisis khususnya daya serap air dan uji mekanik khususnya kuat tekan.


3.1 Hasil Karakterisasi Sampel Komposit Aspal Silika dengan XRD

Karakterisasi sampel komposit aspal silika dengan XRD pada penelitian ini ditujukan untuk mengetahui perubahan fasa yang terbentuk terhadap sampel seiring dengan pengurangan aspal dan penambahan silika. Hasil

yang diperoleh berupa difaktogram hubungan antara sudut difraksi (2ɵ) dengan intensitas seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 3. Terlihat pada Gambar 3 (a-c) memiliki kemiripan bentuk grafik, yaitu membentuk bukit yang melebar sehingga diindetifikasi bahwa fasa yang terbentuk adalah amorf yang terdiri dari silika amorf

dan karbon amorf. Gambar 3 (a) terbentuk fasa silika amorf pada daerah 2ɵ = 22,06° dan memiliki fasa karbon

50


amorf pada 2ɵ = 22,74°. Sementara pada Gambar 3 (b) fasa silika amorf terbentuk pada daerah 2ɵ = 22,16° dan

fasa karbon amorf terbentuk pada 2ɵ = 22,65°. Gambar 3 (c) terbentuk fasa silika amorf pada daerah 2ɵ = 22,24°

dan fasa karbon amorf terbentuk pada 2ɵ = 21,60°. Daerah 2ɵ silika amorf dan karbon amorf pada Gambar 3 (a-c)

mengalami pergeseran. Terjadinya pergeseran 2ɵ disebabkan karena persentase komposisi silika yang bertambah

dan komposisi aspal yang berkurang. Semakin banyak persentase silika membuat daerah 2ɵ menjadi bergeser

kearah kanan, sedangkan berkurangnya persentase aspal membuat daerah 2ɵ menjadi bergeser kearah kiri.

Pengurangan aspal dan penambahan silika tidak menyebabkan perubahan fasa yang terbentuk sehingga fasa yang terebntuk tetap amorf, karena penambahan komposisi aspal menyebabkan ikatan pada silika murni menjadi rusak sehingga ikatan antar atomnya menjadi lemah dan tidak beraturan.

20 40 60 80 100

20 40 60 80 100

20 40 60 80 100

Karbon Amorf

Karbon Amorf

Silika Amorf

Karbon Amorf

(a) 20%:80%

1600

1200

Inte

nsit

as (

a.u)

2 theta (0)

Silika Amorf

(b) 15%:85%

1200

1600

1600

1200

2 theta (0)

Silika Amorf

(c) 10%:90%

2 theta (0)

800

Gambar 3. Grafik hasil karakterisasi sampel komposit aspal silika dengan XRD

(a) 20%:80% (SA6), (b) 15%:85% (SA5), dan (c) 10%:90% (SA4) 3.2 Hasil Uji Sifat Fisis Sampel Komposit Aspal Silika

Pada penelitian ini uji sifat fisis dilakukan untuk menguji kemampuan sampel dalam menyerap air (daya serap air). Hasil uji daya serap air dapat dilihat pada Gambar 4. Hasil grafik uji daya serap air yang didapatakan mengalami penurunan seiring dengan pengurangan aspal dan penambahan silika. Persentase yang didapatkan untuk SA4 sebesar 7,40%, SA5 sebesar 7,22%, dan SA6 sebesar 7,12%. Persentase daya serap air yang didapatkan pada penelitian ini telah sesuai dengan SNI 0096:2007, karena nilai persentase dibawah 10%. Penurunan persentase yang didapatkan, diindikasikan akibat sifat fisis yang dimiliki oleh aspal yaitu bersifat kedap air dan peran aspal yang mengikat silika, sehingga silika mampu mengisi rongga-rongga pada aspal dan menyebabkan pencampuran aspal dan silika menjadi paduan yang kompak dan homogen (Sriyanti et al., 2005).

Gambar 4. Grafik hasil karakterisasi sampel komposit aspal silika dengan XRD

(SA6) 20%:80%, (SA5) 15%:85%, dan (SA4) 10%:90% 3.3 Hasil Uji Sifat Mekanik Sampel Komposit Aspal Silika

51 Widwiyantoro dkk, 2020/ J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020

Pada penelitian ini uji sifat mekanik dilakukan dengan menguji kemampuan sampel dalam menahan beban yang diberikan (kuat tekan) yang dilakukan dengan menggunakan alat Servohydraulic Test System dengan kelajuan 0,1 mm/menit. Hasil uji kuat tekan dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Nilai Kuat Tekan SA4, SA5, dan SA6

Kode Sampel Perbandingan Aspal dan Silika (%) Nilai Kuat Tekan (MPa)

SA4 10%:90% 44,95

SA5 15%:85% 47,55

SA6 20%:80% 45,70

Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai kuat tekan mengalami peningkatan seiring dengan penambahan aspal dan pengurangan silika, seperti dari SA4 ke SA5 yang mendapatkan nilai kuat tekan berturut-turut sebesar 44,95 MPa dan 47,55 MPa. Peningkatan tersebut diindikasikan akibat sampel telah tercampur secara homogen sehingga membentuk ikatan campuran aspal dan silika yang padu dan kuat. Peningkatan nilai kuat tekan pada penelitian ini juga didukung berdasarkan dari sifat fisis silika, yaitu memiliki kekerasan yang tinggi (Mulyati et al., 2012).

Terlihat juga pada Tabel 1 nilai kuat tekan mengalami penurunan pada SA6 dari SA5, yaitu sebesar 1,85 MPa. Penurunan yang terjadi pada SA6 diindikasikan akibat sampel telah mengalami kejenuhan, yaitu aspal sudah tidak mampu mengikat silika secara keseluruhan dan kandungan karbon pada asapl yang tinggi membuat jumlah ikatan antar karbon semakin banyak sehingga membuat sampel semakin mudah rapuh dan memiliki nilai kuat

tekan yang rendah [Abdullah dan Khairurrijal, 2009].

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan bahwa hasil

karakterisasi sampel komposit aspal silika dengan XRD menunjukkan tidak ada perubahan fasa yang terbentuk seiring dengan penambahan aspal dan pengurangan silika, yaitu tetap fasa amorf yang terdiri dari silika amorf dan karbon amorf yang berada pada rentang daerah 2θ antara 21° sampai dengan 22°. Hasil uji sifat fisis juga menunjukkan bahwa semua sampel komposit aspal silika telah sesuai dengan standarnya yaitu mendapatkan rata-rata persentase daya serap ~7%, sementara hasil uji sifat mekanik yang didapatkan memiliki nilai kuat tekan diatas 40MPa untuk semua sampel dan nilai kuat tekan tertinggi didapatkan pada SA5 sebesar 47,55 MPa.

5. Ucapan Terimakasih

Penulis mengucapkan terimakasih kepada Laboratorium Fisika Material FMIPA Universitas Lampung yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian ini.

6. Daftar Pustaka

Abdullah, M., dan Khairurrijal. 2009. Karakterisasi Nanomaterial. Jurnal of Nano Saintek. Vol. 2. Hal. 1-12.

Ardhaniswari, D. W. 2019. Pengaruh Penambahan Aspal Terhadap Karakteristik Termal, Struktur Fasa Sifat Fisis

dan Sifat Mekanik Silika Sekam Padi. Skripsi. Universitas Lampung. Bandar Lampung. Chandrasekhar, S. Pramada, P., Raghavan, P., dan Stayanarayana, K. 2002. Microsilica from Rice Husk as A

Possible Subtitute for Condesed Silica Fume for High Performance Concrete. Journal of Material Science Letters. Vol. 1. Pp. 145-1247.

Hildayati, Triwikantoro, Heny F., dan Sudirman. 2009. Sintesis dan Karakterisasi Bahan Komposit Karet Alam

Silika. Seminar Nasional Pascasarjana IX. Mujiyanti, D. Whardani, S., dan Eko, S. 2010. Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi yang di

Mobilisasi dengan Trimetoksillil. Jurnal Sains dan Terapan Kimia. Vol. 4. No. 2. Hal. 150-167.

Ridwan, F. S., dan Nadia. 2017. Analisis Pengaruh Pemanfaatan Abu Sekam Padi sebagai Filler pada Campuran

Aspal Beton. Jurnal Konstruksia. Vol. 8. No. 2. Hal. 1-8. Sapei, K. S., Padmawijaya, A., Sutejo, dan Theresia, L. 2015. Karakterisasi Silika Sekam PAdi dengan Variasi

Temperatur Leaching Menggunakan Asam Asetat. Jurnal Teknik Kimia. Vol. 9. No. 22. Hal. 38-42. Sriyanti, Azmiyawati, C., dan Taslimah. 2005. Adsorpsi Kadmium pada Bahan Hibrida Tiol-Silika dari Abu Sekam

Padi. Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi. Vol. 7. No. 1-12.

52


Sun, L., dan Gong, K. 2001. Silicon Based Materials form Rice Husk and Their Applications. Journal of Industrial Engineering Chemistry. Vol. 40. No. 25. Pp. 5861-5877.

Sutapa, A. A., Saputra, I. G. N., dan Karnata, M. 2016. Pemulihan Kekuatan Tarik Belah Beton dengan Variasi

Durasi Perawatan Pasca Bakar. Jurnal Ilmiah Teknik Sipil. Vol. 15. No. 2. Hal. 205-215.

-------------------------------------- * Corresponding author. E-mail addres: (a)[email protected], (b) [email protected]

Pengaruh Variasi Suhu Sintering Menggunakan Metode

Pencampuran Basah

M. Muntamijayati, Suprihatina, Yanti Yuliantib, dan Simon Sembiring


Article Information

Abstract

Article history: Received May 5th, 2020 Received in revised form May 15th, 2020 Accepted July 10th, 2020

Keywords: Superconductors, Sintering temperature variation

The superconducting material BPSCCO-2212 with doping Pb = 0,2 has been synthesized by the wet mixing method. Calculation is caried out at 800 °C for 10 hours. While sintering is done at 825 °C, 830 °C, 835 °C and 840 °C for 20 hours. The synthesis result were characterized by XRD X-Ray Diffraction) and SEM (Scanning Electron Microscopy). The XRD spectrum analysis results that have been processed using celref, show that in general the samples produced have formed the BPSCCO-2212 phase (indicated the presence of Bi-2212 peaks) and have been oriented (indicated the existence of peaks with h = k = 0, l even number). For the calculation result obtanced the highest volume fraction value at 830 °C sintering temperature with a value FV = 66,97 % and the highest degree of orientation at 825 °C with a value of P = 76,54 %. The results of the SEM photo recorder generally show that the crystals formed are oriented.

Informasi Artikel

Abstrak

Proses artikel: Diterima 5 Mei 2020 Diterima dan direvisi dari 15 Mei 2020 Accepted 10 Juli 2020

Kata kunci:

Superkonduktor, variasi suhu sintering,

Bahan superkonduktor BPSCCO-2212 dengan doping Pb = 0,2 telah disintesis dengan metode pencampuran basah. Kalsinasi dilakukan pada suhu 800 °C selama 10 jam. Sedangkan sintering dilakukan pada suhu 825 °C, 830 °C, 835 °C dan 840 °C selama 20 jam. Hasil sintesis dikarakterisasi dengan XRD (X-Ray Diffraction) dan SEM (Scanning Electron Microscopy). Hasil analisis spektrum XRD yang telah diolah menggunakan celref, menunjukkan bahwa secara umum sampel-sampel yang dihasilkan sudah membentuk fase BPSCCO-2212 (ditunjukkan adanya puncak-puncak Bi-2212) dan sudah terorientasi (ditunjukkan adanya puncak-puncak dengan h=k=0, l bilangan genap). Dari hasil perhitungan diperoleh nilai fraksi volume tertinggi pada suhu sintering 830 °C dengan nilai FV = 66,97 % dan nilai derajat orientasi tertinggi pada suhu 825 °C dengan nilai P = 76,54 %. Hasil perekam foto SEM secara umum menunjukkan bahwa kristal yang terbentuk sudah terorientasi.

1. Pendahuluan

Superkonduktor merupakan suatu bahan dengan konduktivitas tak hingga, karena sifat

resistivitas nol yang dimilikinya dan dapat melayang dalam medan magnet. Kedua sifat ini tampak

pada saat bahan berada dibawah kondisi parameter kritisnya (Sukirman, 2010). Sejak ditemukan oleh H.K Onnes, penelitian tentang bahan superkonduktor terus dilakukan

dengan harapan mendapatkan bahan superkonduktor dengan sifat-sifat karakteristik yang lebih baik.

Pada tahun 1988 ditemukan superkonduktor kuprat (CuO) berbasis Bi, yaitu Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan

suhu kritis 100 °K. Superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O merupakan fase superkonduktor suhu

tinggi (SKST) karena suhu kritisnya yang relatif tinggi (Darminto dan Rahmawati, 2009). superkonduktor BSCCO memiliki 3 fase, yaitu fase 2201 (10 °K), fase 2212 (80 °K), dan fase 2223

(110 °K). BSCCO memiliki sifat mekanik yang bagus, sehingga mudah dibentuk, tidak mudah patah,

tidak beracun dan dapat dikembangkan untuk pembuatan lapisan tipis (Purwati, 2002).

Sistem Bi-2212 mempunyai lapisan CuO2 ganda, dua lapisan semikonduktor BiO dan lapisan

isolator SrO. Di dalam kristal, Bi dan Sr mempunyai valensi masing-masing +3 dan +2. Bi-2212

mempunyai 2 lapisan CuO2 (Darminto,2009). Kristal tunggal (susunan kisi-kisi atom yang teratur dan

berulang) ini tidak bersifat konduktif jika 𝛿 (kandungan doping oksigen) = 0, dan bersifat






54

Muntamijayati dkk, 2020 / J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020

superkonduktif (dibawah Tc~suhu ketika material menjadi superkonduktif) jika 𝛿 lebih besar dari 0.

Proses pemberian doping dapat dilakukan dengan menambah kandungan oksigen yang membentuk

lapisan BiO dan SrO pada sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O. Penambahan ion-ion oksigen ini akan

mempengaruhi keadaan-keadaan elektronelektron pada bidang kuprat sehingga mengakibatkan

ketidakseimbangan elektronik (Rahmawati, 2009).

Diantara superkondiktor berbasis bismut, senyawa superkonduktor BPSCCO berfase

Bi2Sr2CaCu2O8+δ (Bi-2212) banyak dijadikan model penelitian, seperti halnya penelitian yang dilakukan oleh (Sari, 2015) tentang pengaruh variasi suhu dalam sintesis superkonduktor Bi-2212

dengan doping Pb diperoleh nilai fraksi volum tertinggi pada suhu 830 °C (FV = 90,10 %) dan nilai

derajat orientasi terbaik diperoleh pada suhu 825 °C (P = 59,31 %).

Kendala yang dihadapi pada aplikasi bahan superkonduktor adalah sifat superkonduktifitas

bahan akan muncul pada suhu yang amat rendah jauh dibawah 0 °K. Hal ini mulai dapat teratasi setelah ditemukannya superkonduktor temperatur tinggi atau superkonduktor suhu tinggi (SKST),

yang pada umumnya berupa senyawa multikomponen, memiliki multifase bersifat anisotropis yang

berhubungan dengan struktur berlapis dan efek fluktuasi termal (Darminto dkk, 1999).

Ada beberapa metode dalam sintesis kristal superkonduktor Bi-2212, diantaranya adalah metode

kopresipitasi dan metode pencampuran basah (Rahmawati, 2009). Dalam penelitian kali ini

dilakukan dengan variasi suhu sintering dalam sintesis superkonduktor BPSCCO-2212 menggunakan metode pencampuran basah. Hasil yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction

(XRD) untuk mengetahui tingkat kemurnian fase yang terbentuk, dan Scanning Electron Microscopy

(SEM) untuk mengetahui struktur mikro dari sampel. Kemudian data XRD diolah menggunakan

Celref.


Langkah pertama:Metode yang digunakan untuk menghasilkan sampel superkonduktor

Bi1,8Pb0,2Sr2CaCu2O ialah reaksi padatan (solid state reaction method) dengan pencampuran basah

yaitu melaui pencampuran bahan Bi1,8Pb0,2Sr2CaCu2O dengan HNO3 dan aquades, kemudian

pemanasan pada suhu 70 °C selama 24 jam, pengeringan pada suhu 300 °C, 400 °C dan 600 °C

selama 40 jam, penggerusan, presing, kalsinasi dengan suhu 800 °C selama 20 jam, penggerusan

kembali, presing dan sintering dengan variasi suhu sintering 825 °C, 830 °C, 835 °C dan 840 °C. Langkah kedua: Sampel yang telah diperoleh dikarakterisasi dengan menggunakan XRD dan

SEM, dan dari hasil XRD dianalisis menggunakan celref. Untuk mengetahui pertumbuhan fase

BPSCCO-2212 yang terbentuk, sampel dikarakterisasi dengan pengukuran spektrum difraksi sinar-X

(XRD). Spektrum XRD Superkonduktor BPSCCO Fase 2212 yang menjadi acuan standard dalam

penelitian ini telah dihasilkan oleh Mannabe (1988) ditampilkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Spektrum XRD Superkonduktor BPSCCO fase 2212.

Kemudian hasil pengukuran difraksi sinar-X dari masing-masing sampel dibandingkan dengan

spektrum difraksi sinar-X yang dihasilkan oleh C.Mannabe pada Gambar 1 dengan bantuan program

Celref. Hasil pola XRD yang telah dianalisi menggunakan Celref akan diberikan penomoran puncak

dan nilai dari hkl puncak tersebut, misalnya puncak 1(002) bearti bahwa nomor puncak 1 dengan h =

0, k = 0, dan l = 2. Selanjutnya untuk mengetahui tingkat kemurnian fase pada masing-masing

sampel maka hasil yang telah diolah menggunakan Celref dihitung fraksi volum (FV), impuritas (I) dan derajat orientasi (P) menggunakan Persamaan 1, 2 dan 3.

55 Muntamijayati M, Suprihatin, Yulianti Y, dan Sembiring S, 2020, Pengaruh Variasi Suhu Sintering Menggunakan Metode Pencampuran Basah, Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

𝐹𝑉 = ∑ 1(2212)

Itotal x 100 % (1)

𝑃 = ∑ 1(00𝑙)

∑ 1(2212) x 100 % (2)

𝐼 = 100% − Fv (3)

dengan FV adalah Fraksi volume fase BPSCCO-2212, P adalah Derajat orientasi, I adalah Impuritas,

Itotal adalah Intensitas total, I(2212) adalah Intensitas fase 2212, dan I(00l) adalah intensitas h = k = 0 dan

𝑙 bilangan genap.


3.1 Analisis Spektrum XRD

Dari hasil perhitungan diketahui bahwa untuk tiap variasi suhu sintering fraksi volum yang

diperoleh juga berbeda. Secara umum penambahan suhu sintering yang dilakukan tidak selalu di

ikuti dengan kenaikan nilai fraksi volum yang diperoleh. Spektrum difraksi yang diperoleh pada

masing-masing sampel dengan veriasi suhu sintering dan lama kalsinasi selama 10 jam dengan suhu

800 °C menunjukkan intensitas puncak yang berbeda. Namun bukan bearti dengan penambahan

suhu sintering yang dilakukan membuat intensitas puncak naik secara siknfikan. Hasil pengolahan hasil XRD pada bahan BPSCCO-2212 untuk tiap suhu sintering terlihat pada Gambar 2 sampai

Gambar 5.

Gambar 2. Hasil analisis spektrum XRD pada sampel BPSCCO-2212/825 ℃.



56

Muntamijayati dkk, 2020 / J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020


Berdasarkan pengukuran spektrum difraksi sinar-X (XRD) (Gambar 2-5) hasil analisis masing-masing sampel yang telah diolah menggunakan Celref dihitung fraksi volum (FV), impuritas (I) dan

derajat orientasi (P) menggunakan persamaan 1, 2 dan 3. Puncak-puncak fase Bi-2212 dan puncak

fase impuritas yang terbentuk pada masing-masing sampel akan berpengaruh terhadap fraksi volum,

impuritas dan derajat orientasi yang di peroleh. Nilai fraksi volum, impuritas dan derajat orientasi

dari masing-masing sampel dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Hasil perhitungan fase BPSCCO-2212

No Suhu Sintering Fraksi Volum

(FV %)

Impuritas (I %)

Derajat Orientasi (P

%)

1 825 °C 64,84 35,16 76,54

2 830 °C 66,97 33,03 33,36

3 835 °C 38,10 61,90 63,49

4 840 °C 64,28 35,72 73,73

Fraksi volum terbesar yang diperoleh pada sampel BPSCCO-2212 adalah 66,97 % dengan suhu sintering 830 °C, namun nilai derajat orientasi yang diperoleh sangat kecil yaitu 33,36 %. Sedangkan

derajat orientasi terbesar diperoleh pada suhu 825 °C sebesar 76,54 % dengan nilai fraksi volum

sebesar 64,84 %. Dan nilai fraksi volum terkecil diperoleh pada suhu 835 °C yaitu 38,10 %, dengan

nilai drajat orientasi 63,49 %. Secara umum keseluruhan fraksi volum dan derajat orientasi yang

dihasilkan cukup baik walaupun kenaikan suhu sintering yang diberikan tidak selalu mempengaruhi

kenaiakan nilai fraksi volum dan derajat orientasi yang diperoleh.

3.2 Analisis SEM

Karakteristik struktur mikro bahan superkonduktor BPSCCO-2212 dengan variasi suhu

sintering (825 ℃, 830 ℃, 835 ℃ dan 840 ℃) dapat dilihat pada Gambar 6. Pengambilan gambar sampel

yang dikarakterisasi menggunakan perbesaran 3000x.

Berdasarkan hasil perekam foto SEM (Gambar 6) secara keseluruhan menunjukan bahwa

sampel dalam keadaan baik, yaitu dengan ditunjukkan bahwa keadaan struktr mikro yang terbentuk

dalam berbentuk lempeng-lempeng yang tersusun searah dan ruang kosong antar lempeng terlihat lebih sedikit. relatif sedikit. Bentuk lempengan ini merupakan ciri struktur mikro dari BSCCO.

57 Muntamijayati M, Suprihatin, Yulianti Y, dan Sembiring S, 2020, Pengaruh Variasi Suhu Sintering Menggunakan Metode Pencampuran Basah, Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

Gambar 6. Hasil rekam foto SEM pada sampel dengan variasi suhu sintering (A) BPSCCO-

2212/825 ℃, (B) BPSCC)-2212/830 ℃, (C) BPSCCO-2212/835 ℃ dan (D) BPSCCO-

2212/840 ℃ dengan perbesaran masing-masing 3000x.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian, kesimpulan yang dapat diambil yaitu Penambahan suhu sintering

tidak selalu mempengaruhi kenaikan nilai fraksi volum (FV) dan nilai derajat orientasi (P) yang

diperoleh. Fraksi volum (FV) tertinggi diperoleh pada bahan superkonduktor BPSCCO-2212 dengan

suhu sintering 830 ℃ (66,97 %) dengan impuritas ( I ) terendah (33,03 %). Bahan superkonduktor BPSCCO-2212 dengan suhu 825 ℃ memiliki nilai derajat orientasi (P)tertinggi (76,54 %). Hasil

perekam foto SEM pada masing-masing sampel dengan variasi suhu sintering (825 ℃-840 ℃)

menunjukkan bahwa kristal yang terbentuk sudah terorientasi.

5. Daftar Pustaka

Budianto, F. dan Darminto. 2011. Sintesis superkonduktor NdBa2Cu2O7-δ nanokristal dengan metode

basah. Jurnal Seminar Nasional Pascasarjana XI. ITS. Surabaya. ISBN No. Hlm. 2-4.

Darminto dan Rahmawati, L. 2009. Nano kristalisasi superkonduktor (Bi,Pb)2 Sr2 Ca Cu O8+δ dengan

metode pencampuran basah. Jurnal Dasar. Vol. 4 No.2. Hlm 75-80.

Darminto., Nugroho, A.A., Rusydi, A., Menovsky, A.A., dan Loeksmanto. 1999. Variasi tekanan

oksigen dalam penumbuh kristal tunggal superkonduktor Bi2Sr2CaCu2O8-δ dan pengaruhnya.

Prosiding ITB. Vol. 31. No. 3. Hlm.12-14.

Lydia Rohmawati dan Darminto. 2012. Nanokristalisasi superkonduktor (bi,Pb)2Sr2CaCuO8+δ dengan

metode pencampuran basah. Jurnal Berkala Fisika Indonesia. Vol. 4. No. 1 dan 2. Hlm. 22-26.

Sukirman, E. Y. Purwamargapratala, M. N. Indro, A. P. Purnomo. 2010. Sintesis Superkonduktor

YBCO-123 dengan Metode Evaporasi. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010. Hlm. 184-193.

A

B

C D

Karakteristik Struktur Mikro Komposit Aspal Silika Sekam Padi Dengan Variasi Komposisi (20%:80%,

15%:85% dan 10%:90%)

Qori Sari Dewia, Simon Sembiringb, Syafriadic, dan Ediman Ginting


Article Information

Abstract

Article history: Received May 3rd, 2020 Received in revised form May 30rd, 2020 Accepted June 10rd, 2020

Keywords: Asphalt, Silica, Rrice Husk, SEM, XRD

Synthesis and characterization of rice husk and asphalt silica composites with various compositions have been carried out 20%: 80%, 15%: 85% and 10%: 90%. Silica synthesis from rice husk wa carried out using the sol-gel method. The materials used are rice husks, solid asphalt, distilled water, gasoline, NaOH and HNO3. This research was conducted of variations in the composition the effect of silica and asphalt on the microstructure and structure of the sample. The characterization results of Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) on the surface of silica asphalt composites in the form of erratic clots and cracks on the surface of the sample with an average grain size of 3.483 µm, 8,127 µm, and 7,192 µm. The analysis EDS results in the elements content contained in the sample elements of carbon (C), silicon (Si), oxygen (O), a little element of sulfur (S) and aluminum (Al). Then, the results of the X-Ray Diffraction (XRD) characterization obtained the structure of amorphous silica and amorphous carbon.

Informasi Artikel

Abstrak

Proses artikel: Diterima 3 Mei 2020 Diterima dan direvisi dari 30 Mei 2020 Accepted 10 Juni 2020

Kata kunci: Aspal, Silika, Sekam Padi, SEM, XRD

Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi komposit silika sekam padi dan aspal dengan variasi komposisi 20%:80%, 15%:85% dan 10%:90%. Sintesis silika dari sekam padi dilakukan dengan menggunakan metode sol-gel. Bahan yang digunakan adalah sekam padi, aspal padat, akuades, bensin, NaOH dan HNO3. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh variasi komposisi silika dan aspal terhadap struktur mikro dan struktur dari sampel. Hasil karakterisasi Scanning Electron Microscopy dan Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) memperlihatkan permukaan komposit aspal silika terdapat gumpalan dan retakan pada permukaan sampel dengan ukuran butir rata-rata 3,483 µm, 8,127 µm, dan 7,192 µm. Hasil analisis EDS terdapat unsur penyusun yang terkandung dalam sampel seperti unsur karbon (C), silicon (Si), oksigen (O), sedikit unsur sulfur (S) dan aluminium (Al). Kemudian, hasil karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) diperoleh struktur silika amorf dan karbon amorf.

1. Pendahuluan

Dalam pembangunan yang berkembang pesat di Indonesia sangat diperlukan bahan bangunan yang

berkualitas. Bahan bangunan yang dibutuhkan dengan kualitas baik adalah genteng (Prianto, 2013). Genteng merupakan unsur bangunan dengan beberapa jenis yakni, genteng keramik dan genteng aspal (Zacoeb, 2013). Genteng aspal merupakan salah satu jenis genteng yang terbuat dari campuran aspal yang memiliki beberapa keunggulan antara lain, fleksibel, ringan dan mudah dipasang. Aspal merupakan senyawa hidrokarbon dengan bahan utamanya karbon, hidrogen, dan atom-atom seperti sulfur, oksigen dan nitrogen dalam jumlah kecil (Susanto

et al., 2014). Penggunaan aspal sebagai bahan lapis atap perumahan semakin banyak dibutuhkan dan kini bahan atap yang sering digunakan bervariasi, baik yang dibuat dari bahan keramik, seng, multiroof, aspal, dan lain-lain

-------------------------------------- * Corresponding author. E-mail addres: (a)[email protected], (b)[email protected], (c)syafriadi.fmipa.unila.ac.id






59 Dewi dkk, 2020/ J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020

(Isma, 2019). Aspal memiliki sifat porositas, adhesi, kohesi dan ketahanan terhadap temperatur. Sifat ketahanan terhadap temperatur ini agar aspal tidak banyak berubah akibat perubahan temperatur, sehingga kondisi atap dapat bertahan lama (Sukirman, 2003). Metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan kemampuan aspal

salah satunya dengan penambahan aspal dengan bahan lainnya seperti silika (Ouyang et al., 2015). Silika yang digunakan saat ini adalah silika sekam padi yang mempunyai sifat higroskopis sehingga dapat digunakan sebagai

bahan penyerap air dan sebagai campuran aspal (Siriluk and Yuttapong, 2005; Zaky, 2007). Sekam padi merupakan salah satu limbah pertanian dari hasil penggilingan padi yang cukup melimpah di

Indonesia, berdasarkan data badan pusat statistik pada tahun 2015 produksi padi di indonesia mencapai 75,36 juta ton (Syukri, 2017). Komposit aspal silika telah banyak digunakan dalam industri konstruksi untuk mengurangi penuaan, meningkatkan sifat mekanik dan fisis dari bahan aspal seperti kekuatan, kekakuan dan stabilitas termal (Saltan et al., 2017). Pembuatan komposit aspal dengan silika dapat meningkatkan kemampuan aspal menahan deformasi pada suhu tinggi, tahan terhadap kelembaban dan ketangguhan terhadap beban berat (Shi et al., 2018). Berdasarkan uraian yang telah dipaparkan, maka pada penelitian ini dilakukan pembuatan komposit aspal dan silika sekam padi untuk mengetahui struktur mikro, unsur penyusun yang terbentuk dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), dan untuk mengetahui fasa yang terbentuk dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD).


Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah silika sekam padi, aspal beku, NaOH, HNO3, akuades dan bensin. Penelitian ini menggunakan 2 tahap yakni dengan menggunakan metode ekstraksi alkalis dan reaksi padatan.

2.1 Ekstraksi Silika Sekam Padi

Sekam padi terlebih dahulu dipreparasi dengan membersihkan sekam padi, sebelum sekam padi

diekstraksi dengan metode alkalis. Langkah-langkah yang dilakukan yaitu sekam padi ditimbang sebanyak 500

gram. Kemudian dimasukkan kedalam beaker glass yang berisi NaOH 1,5% sebanyak 5 liter hingga sekam padi

terendam. Selanjutnya, dipanaskan dengan kompor listrik 600 watt selama 30 sambil terus diaduk. Lalu didiamkan

selama 24 jam dengan ditutup plastik cling wrap. Ampas sekam padi disaring dari ekstrak sekam padi, agar

diperoleh sol silika. Langkah selanjutnya sol silika diteteskan larutan HNO3 10% sebanyak 1 liter sedikit demi sedikit

untuk memperoleh gel silika dengan menggunakan magnetic strirer agar larutan homogen. Kemudian gel silika yang

terbentuk didiamkan selama 24 jam. setelah itu didapatkan gel silika yang berawarna coklat kehitaman, lalu gel

silika dicuci dengan air hangat hingga gel menjadi berwarna putih. Gel silika dikeringkan dengan oven pada suhu

110°C selama 3 jam hingga diperoleh silika padatan, lalu digerus hingga halus dan diayak menggunakan 250 mesh

agar ukuran partikelnya menjadi lebih halus.

2.2 Pembuatan Paduan Silika Aspal

Paduan silika aspal yang digunakan yaitu 20%:80% (SA1), 15%:85% (SA2), 10%:90% (SA3). Langkah pertama yang dilakukan adalah aspal dipanaskan dan ditambahkan dengan bensin 20 ml, kemudian campurkan silika dalam larutan yang telah dipanaskan dan diaduk hingga tercampur. Lalu sampel dikeringkan dengan menggunakan oven selama 3 jam pada suhu 150°C. Selanjutnya sampel digerus kemudian diayak dengan ukuran mesh 150 untuk mendapatkan serbuk paduan silika aspal untuk dilakukan karakterisasi XRD. Setelah itu, sampel

dibentuk pelet untuk dilakukan karakterisasi SEM.

2.3 Karakterisasi

Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah, karakterisasi Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) yang digunakan untuk menganalisis morfologi pada permukaan sampel dengan perbesaran 2000, 4000, 5000, 7000 dan 1000 kali dengan sampel berbentuk pelet dan untuk menganalisis unsur penyusun yang terkandung pada sampel. Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) digunakan untuk mengetahui struktur fasa yang terbentuk pada suatu bahan.


3.1 Hasil Karakterisasi (SEM-EDS)

Karakterisasi SEM-EDS dilakukan untuk mengetahui struktur mikro dan unsur penyusun yang terkandung pada sampel. Hasil analisis SEM pada sampel menggunakan perbesaran 5000 kali dan analisis ukuran butir menggunakan software ImageJ. Pada Gambar 1. menampilkan hasil analisis morfologi SEM pada sampel SA1 terlihat adanya gumpalan (cluster) dengan bentuk yang cukup beragam serta terdapat retakan (cracking). Adanya gumpalan menunjukkan bahwa partikel silika telah tertutupi oleh partikel aspal sehingga ukuran butir menjadi

60 Dewi QS, Sembiring S, Syafriadi, Ginting E, 2020, Karakteristik Struktur Mikro Komposit Aspal Silika Sekam Padi Dengan Variasi Komposisi (20%:80%, 15%:85% dan 10%:90%), Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

lebih besar. Ukuran butir pada sampel diolah dengan mengunakan software ImageJ seperti pada Gambar 1. yang diberikan tanda garis berwarna kuning. Diperoleh ukuran butir berkisar 1,538 µm – 10,332 µm dengan ukuran rata-rata sebesar 3,483 µm. Sampel SA2 menunjukkan adanya retakan (cracking) yang lebih banyak dengan bentuk yang terlihat bulat, memiliki gumpalan yang lebih besar dan ukuran butir berkisar 1,911 µm– 22,987 µm dengan ukuran rata-rata sebesar 8,127 µm. Sampel SA3 terlihat adanya gumpalan yang lebih besar dengan ukuran butir

berkisar 2,446 µm – 22,852 µm dengan ukuran rata-rata sebesar 7,192 µm.

Gambar 1. Morfologi SEM (a) SA1, (b) SA2 dan (c) SA3

Hasil analisis EDS sampel SA1, SA2 dan SA3 pada Gambar 2. menunjukkan adanya unsur dominan yakni unsur karbon (C), oksigen (O), silikon (Si), dan unsur minoritas seperti unsur sulfur, sodium dan aluminium. Seiring dengan penambahan silika dan pengurangan aspal mengakibatkan kadar unsur silikon semakin meningkat dan

kadar unsur karbon semakin menurun. Hal ini sesuai dengan hasil morfologi sampel dimana dengan penambahan silika dan pengurangan aspal mengakibatkan butiran pada sampel menjadi dominan berwarna terang yang mengindikasikan adanya unsur silikon dan sedikit butiran berwarna gelap yang mengindikasikan adanya unsur karbon. Kehadiran unsur aluminium berasal dari zat pengotor saat proses pengolahan aspal menjadi serbuk (Simanjuntak et al. 2012), unsur sulfur berasal dari pencampuran aspal dengan silika, sedangkan unsur natrium

berasal dari ekstraksi silika sekam padi dengan menggunakan larutan NaOH.

a b

c

a b


Gambar 2. Hasil Analisis EDS (a) SA1, (b) SA2 dan (c) SA3

Pada sampel SA1 menunjukkan adanya unsur yang dominan yakni unsur oksigen sebesar 36,12%, unsur silikon sebesar 28,17%, unsur karbon sebesar 29,43% dan sedikit unsur sulfur, sodium dan aluminium. Pada sampel SA2

menunjukkan dengan adanya penambahan silika dan pengurangan aspal menyebabkan unsur silikon meningkat menjadi 29,68% dan unsur karbon menurun sebesar 27,68%. Unsur pada sampel SA3 berbeda dengan sampel sebelumnya yang menunjukkan adanya unsur palladium sebesar 0,45%. Komposisi aspal yang semakin sedikit dan penambahan silika yang semakin banyak mengakibatkan persentase kadar unsur karbon menurun menjadi 23,44% dan persentase kadar unsur silikon meningkat menjadi 32,70%. Persentase kadar unsur sulfur semakin menurun seiring dengan pengurangan aspal. Persentase unsur aluminium semakin meningkat hal ini disebabkan semakin banyak zat pengotor yang terdapat pada sampel. persentase sodium semakin meningkat dikarenakan pengurangan aspal yang semakin sedikit sehingga unsur sodium tidak dapat diserap oleh aspal sehingga unsur sodium menjadi

lebih banyak.

Unsur Kimia Massa Unsur Sampel

SA1 (%) Massa Unsur Sampel

SA2 (%) Massa Unsur

Sampel SA3 (%)

O 36,12 36,51 37,70 C 29,43 27,68 23,44 Si 28,17 29,69 32,70 S 2,48 1,83 1,11 So 2,41 2,67 2,94 Al 1,39 1,62 1,66

Pd - - 0,45

Tabel 1. Persentase unsur penyusun pada sampel SA1, SA2 dan SA3

3.2 Hasil Karakterisasi XRD

Karakterisasi XRD dilakukan untuk mengetahui fasa yang terbentuk pada sampel. Hasil XRD sampel komposit aspal silika terlihat pada Gambar 3. yang menunjukkan adanya struktur silika amorf dan karbon amorf. Struktur amorf silika terjadi dikarenakan silika memiliki susunan atom-atom yang teratur kemudian saat

pencampuran aspal pada sampel mengakibatkan silika diisi oleh karbon sehingga susunan atom-atom berubah menjadi tidak teratur. Kehadiran karbon amorf pada sampel dikarenakan aspal telah bercampur dengan silika sehingga membentuk struktur amorf. Hasil pola difraksi pada sampel diperoleh silika amorf berada pada daerah 2θ = 22°. Hasil ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang menyatakan bahwa silika amorf berada pada daerah 2θ = 22° (Bakar et al., 2016). Selain itu, karbon berada pada daerah 2θ = 21° sampai dengan 22°. Sesuai dengan penelitian Ezzat et al., (2016) yang menyatakan bahwa karbon amorf berada pada daerah 2θ = 22°. Hasil analisis XRD pada Gambar 3(a) menunjukkan bahwa memiliki fasa silika amorf dimana terdapat puncak pada 2θ = 22,06° dan memiliki fasa karbon amorf pada 2θ = 22,74°. Hasil analisis XRD pada Gambar 3(b) terdapat puncak fasa silika amorf pada 2θ= 22,16° dan terlihat puncak karbon amorf pada 2θ = 22,65°. Gambar 3(c) memiliki fasa silika amorf pada 2θ = 22,24° dan fasa karbon amorf pada 2θ = 21,60°.

c

62 Dewi QS, Sembiring S, Syafriadi, Ginting E, 2020, Karakteristik Struktur Mikro Komposit Aspal Silika Sekam Padi Dengan Variasi Komposisi (20%:80%, 15%:85% dan 10%:90%), Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

20 40 60 80 100

20 40 60 80 100

20 40 60 80 100

Karbon Amorf

Karbon Amorf

Silika Amorf

Karbon Amorf

(a) 20%:80%

1600

1200

Inte

nsit

as (

a.u)

2 theta (0)

Silika Amorf

(b) 15%:85%

1200

1600

1600

1200

2 theta (0)

Silika Amorf

(c) 10%:90%

2 theta (0)

800

Gambar 3. Grafik hasil analisis XRD (a) SA1, (b) SA2, dan (c) SA3.

Pada Tabel 2. Menunjukkan pola difraksi silika amorf dan karbon amorf mengalami perubahan 2θ pada setiap sampel berpengaruh pada sifat mekanik sampel yang dimana menyebabkan ikatan antar partikel pada sampel semakin berkurang sehingga sampel mudah patah atau rusak. Perubahan 2θ silika amorf dikarenakan susunan

atom silika telah bereaksi dengan karbon, seiring dengan penambahan persentase silika yang semakin banyak maka semakin meningkat puncak amorf silika. Pola difraksi karbon amorf mengalami penurunan 2θ yang dikarenakan persentase silika bertambah dan pengurangan persentase aspal, mengakibatkan karbon tidak mampu untuk meningkatkan puncak amorf sehingga terjadi penurunan 2θ karbon amorf.

Tabel 2. Hasil pola difraksi dikisaran 2θ

Sampel 2θ Silika Amorf (o) 2θ Karbon Amorf (o)

20%:80% (SA1)

15%:85% (SA2)

10%:90% (SA3)

22,06

22,16

22,24

22,74

22,65

21,60

4. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian dan analisis yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa pengaruh penambahan silika dan pengurangan aspal dapat mengubah stuktur mikro komposit aspal silika dengan adanya retakan, gumpalan yang semakin besar dan ukuran butir pada masing-masing sampel berkisar 3,483 µm, 8,127 µm

dan 7,192 µm, selanjutnya hasil EDS menunjukan persentase kadar silikon (Si), oksigen (O) meningkat dan persentase kadar karbon (C), sulfur (S) semakin menurun. Kemudian berdasarkan hasil analisis XRD menunjukkan

adanya perubahan 2θ silika amorf dan karbon amorf dengan intensitas puncak karbon yang menurun seiring

dengan penambahan silika dan pengurangan aspal, pola difraksi karbon amorf berada didaerah 2θ antara 21° sampai dengan 22°.

5. Daftar Pustaka

Bakar, R. A., Yahya, R. and Gan, S. N. 2016. Production of high purity amorphous silica from rice husk. Procedia Chemistry. Vol. 19. Hal. 189-195.

Ezzat, H., Badaway, S.E., Gabr, A., Zaki, E.I., and Breakah E. 2016. Evaluation of Asphalt Binders Modified with

Nanoclyand Nanosilica. Procedia Engineering. Vol. 143. Pp. 1260-1267.

Isma, S., Sembiring, S., Simanjuntak, W. 2019. Karakteristik Fungsional Dan Sifat Fisis Aspal Akibat Penambahan Silika Sekam Padi. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika. Vol. 07. No. 01. Pp. 77–82.

Ouyang, C., Wang, S., Zhang, Y., and Zhang, Y. 2005 Low Density Polyethlene/Silica Compouns Modified Asphalts with High Temperature Stroge Stability. Journal of Applied Polymer Science. Vol. 101. Pp. 472-479.

Prianto, E., Dwiyanto, A. 2013. Profil Penutup Atap Genteng Beton Dalam Effesiensi Konsumsi Energi Listrik Pada Skala Rumah Tinggal. Modul. Vol. 13. No. 1. Pp. 23-25.


Simanjuntak W., Sembiring, S., and Sebayang K. 2012. Effect of Pyrolysis Temperatures on Composition and Electrical Conductivity of Carbosil Prepared From Rice Husk. Indonesian Journal of Chemistry. Vol. 12. No. 2. Pp. 119-125.

Siriluk & Yuttapong, S. 2005. Structure of Mesoporous MCM-41 Prepared from Rice Husk Ash. The 8TH Asian Symposium on Visualization. Chiangmai. Thailand.

Susanto. A.H., Indriyanti. E.H., Edison. 2014. Permeability Campuran Hot Rolled For The Synthesis Bioactive Calcium Silicates. Journal of Ghinese Chemical Letters. Vol. 24. Pp. 170-172.

Sukirman, S. 2003. Beton Aspal Campuran Panas. Jakarta. Granit. Pp. 20-30.

Zacoeb, A., Dewi, S. M., Jamaran, I. Jurnal Teknik Sipil Fakultas Teknik dan Universitas Brawijaya. Semen pada Genteng Beton Ditinjau dari Segi Kuat. Vol. 7. No. Pp. 81–87

Syukri, I., Hindryawati, N., N.S. Julia. D. R. R. 2017. Sintesis Silika dari Abu Sekam Padi Termodifikasi 2-Merkaptobenzotiazol Untuk Adsorpsi Ion Logam Cd2+ dan Cr6+. Jurnal Atomik. Pp. 221-226.

Zacoeb, A., Dewi, S. M., Jamaran, I. Jurnal Teknik Sipil Fakultas Teknik dan Universitas Brawijaya. Semen pada Genteng Beton Ditinjau dari Segi Kuat. Vol. 7. No. Pp. 81–87.

Zaky.R.R., Hessien M.M., El-Miday A.A., Khedr M.H., Abdel-Aal E.A., El-Barawy K.A., 2007. Preparation of Silica

Nanoparticles from SemiBurned Rice Straw Ash. Powder Technology 185, 31-35.

Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal

(Pb) dan Aluminium (Al)

Piana Hartinaa, Sri Wahyu Suciatib, Amir Supriyantoc, dan Junaidi


Article Information

Abstract

Article history: Received May 3rd, 2020 Received in revised form May 30rd, 2020 Accepted June 10rd, 2020

Keywords: Molecular Dynamics Simulation, LAMMPS, Melting Point, OVITO, ISAACS.

Research has been carried out with the aim of obtaining a molecular dynamics simulation model of the Al, Fe, Pb materials related to the crystal structure and characteristics of the materials at their melting point. This melting point simulation method uses the molecular dynamics simulation of the LAMMPS code using the Finnis-Sinclair EAM potential and uses the velocity-verlet algorithm equation. The melting point value analysis is carried out based on the graph of the phase change (solid-liquid) between the potential energy and temperature values of each material obtained from the LAMMPS output.The LAMMPS output contains Data on the position of the atoms are in XYZ format, and information is also obtained in the form of integration step, potential energy, temperature, volume, and pressure. The visualization results show that the crystal structure of aluminum reaches a melting point at 948.51 °C, lead reaches a melting point at 952.92 °C, iron reaches a melting point at 1521.25 °C. Visualization of the crystal structure of the material when it reaches the melting point using the OVITO software and to analyze the characteristics of the crystal structure of the material with a radial distribution function curve using the ISAACS software.

Informasi Artikel

Abstrak

Proses artikel: Diterima 3 Mei 2020 Diterima dan direvisi dari 30 Mei 2020 Accepted 10 Juni 2020 Kata kunci:

Simulasi Dinamika Molekul, LAMMPS, Titik Leleh, OVITO, ISAACS.

Telah dilakukan penelitian dengan tujuan memperoleh model simulasi dinamika molekul bahan Al, Fe, Pb terkait struktur kristal dan karakteristik bahan saat mencapai titik leleh. Metode simulasi titik leleh ini menggunakan simulasi dinamika molekul kode LAMMPS dengan mengunakan potensial Finnis-Sinclair EAM dan menggunakan persamaan algoritma velocity-verlet. Analisis nilai titik leleh dilakukan berdasarkan grafik perubahan fase (padat-cair) antara nilai energi potensial dan suhu dari masing-masing bahan yang diperoleh dari output LAMMPS. Hasil output LAMMPS berisi data posisi atom-atom dalam format XYZ, dan juga diperoleh informasi berupa step integrasi, energi potensial, suhu, volume, dan tekanan. Hasil visualisasi terlihat bahwa struktur kristal aluminium mencapai titik leleh saat suhu 948,51°C, timbal mencapai titik leleh saat suhu 952,92°C, besi mencapai titik leleh saat suhu 1521,25°C. Visualisasi struktur kristal bahan saat mencapai titik leleh menggunakan software OVITO dan untuk menganalisis karakteristik stuktur kristal bahan dengan kurva fungsi distribusi radial mengunakan software ISAACS.

1. Pendahuluan

Simulasi komputer bertindak sebagai jembatan antara besaran mikroskopis dan besaran makroskopik laboratorium (Nurdin dan Andrianto, 2012). Metodologi yang tepat dibutuhkan untuk

menentukan simulasi model yang diinginkan. Sistem dinamik merupakan metodologi dan teknik

pemodelan matematika untuk memahami dan mendiskusikan masalah yang kompleks. Metodologi

sistem dinamika pada dasarnya menggunakan hubungan sebab akibat dalam menyusun model suatu

-------------------------------------- * Corresponding author. E-mail addres: (a*) [email protected], (b) [email protected], (c) [email protected]






65 Hartina dkk, 2020 / J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020

sistem yang bersifat kompleks. Simulasi sistem dinamik dapat diketahui dengan mengamati perilaku

sistem dan perubahan nilai dari variabel sistem (Fortunella dkk., 2014). Dinamika molekul merupakan suatu teknik simulasi komputer dimana perubahan waktu dari

interaksi antar atom yang diikuti dengan mengintegrasikan persamaan gerak antar atom (Astuti, 2014).

Simulasi MD dapat digunakan untuk menguji teori menggunakan model simulasi yang sama kemudian

membandingkan hasil simulasi tersebut dengan hasil eksperimen serta mampu melakukan simulasi

yang sulit atau tidak mungkin dilakukan di laboratorium misalnya melakukan eksperimen dengan

suhu atau tekanan yang ekstrem (Fitrianda, 2013). Hukum gerak Newton dapat dinyatakan dalam dua hal yaitu jika suatu benda tidak dipengaruhi

oleh gaya apapun, maka benda tersebut akan terus bergerak lurus dalam kecepatan konstan dan jika

besar gaya sama dengan laju perubahan momentum (Hsu, 2007). Dinamika molekuler klasik juga

memecahkan hukum Newton untuk sistem yang terdiri dari atom dan atau molekul untuk mempelajari

suatu sistem baik sederhana maupun komplek (Ackland dkk., 2011).

Potensial EAM yang dikembangkan oleh Pun dan Mishin. Metode ini berdasarkan pada teori fungsi kerapatan dan memperlakukan setiap atom sebagai pengotor dalam sejumlah atom lainnya. Potensial

EAM ini juga digunakan sebagai referensi potensial untuk menggambarkan interaksi interatomik

(Zhang dkk., 2016). Potensial interatomik merupakan dasar dari simulasi dinamik, statika dan

mekanika molekuler klasik (Zhou dan Huang, 2013).

Persamaan gerak Newton diintegrasikan oleh

algoritma velocity Verlet. Algoritma velocity-verlet digunakan untuk menghasilkan parameter kecepatan dan posisi dari setiap partikel (Insani dkk., 2015).

Timbal (Pb) salah satu jenis logam yang memiliki nomor atom 82, massa atom relatif (Ar) sebesar

207.2 u, titik lelehnya pada suhu 327.46°C, 621.43°F, 600.61 K. Pb memiliki struktur kristal (FCC).

Besi (Fe) salah satu jenis logam yang memiliki nomor atom 26, massa atom relatif (Ar) sebesar 55.845

u, titik lelehnya pada suhu 1538°C, 2800°F, 1811 K. Fe memiliki struktur kristal (BCC) (Mark, 1993).

Penggunaan bahan ini dalam penelitian untuk membandingkan visualisasi struktur kristal bahan

antara FCC dan BCC serta membandingkan grafik RDF struktur kristal FCC dan BCC saat bahan

mencapai titik leleh. Alumunium (Al) salah satu jenis logam yang memiliki nomor atom 13, massa atom

relatif (Ar) sebesar 26.9815385 u, titik lelehnya pada suhu 660.32°C, 1220.58°F, 933.47 K. Al memiliki

struktur kristal (FCC) (Australia Geological Survey Organization, 1999).

Large-Scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) adalah kode dinamika

molekuler klasik yang memodelkan partikel dalam bentuk cair, padat atau gas. LAMMPS menerapkan integrasi persamaan gerak Newton untuk atom, molekul, atau partikel makroskopik yang berinteraksi

melalui gaya jarak pendek atau panjang dengan menggunakan berbagai kondisi batas (Plimpton, 2015).

Open Visualization Tool (OVITO) adalah perangkat lunak yang sangat baik untuk visualisasi dan

analisis atom. Alamat website resmi OVITO yaitu http://www.ovito.org/ (Nordlund dkk., 2015). OVITO

digunakan untuk membuat simulasi dinamika molekul secara visual. Metode common neighbor

analysis (CNA) dapat digunakan untuk menghitung jumlah unit kristal seperti BCC, FCC dan

sebagainya. Perhitungan CNA ini dapat dilakukan menggunakan program OVITO (Arkundato dkk.,

2013). Interactive Structure Analysis Of Amorphous And Cristalline System (ISAACS) merupakan program

simulasi komputer untuk menganalisis karakteristik model struktur dalam bentuk tiga dimensi. Fungsi

distribusi radial (RDF) atau fungsi distribusi pasangan atau fungsi korelasi pasangan yang merupakan

karakteristik struktural yang penting yang dihitung melalui ISAACS (Roux dan Petkov, 2010). Grafik

fungsi distribusi radial (RDF) yang menganalisis bentuk struktur kristal bahan melalui hubungan jarak

antar dua atom dan koefisien yang menyatakan jumlah atom pada jarak tersebut (Latifa, 2015)

Berdasarkan pemaparan diatas maka penelitian tugas akhir ini akan melakukan pemodelan

bahan dan mengkaji perhitungan titik leleh bahan Aluminium (Al), Besi (Fe), dan Timbal (Pb)

menggunakan MD dengan kode Large-Scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS).

Gambaran dari penelitian simulasi ini adalah menggunakan file ouput LAMMPS untuk menganalisis

titik leleh bahan serta dapat memodelkan bahan hingga dapat divisualisasikan menggunakan program

Open Visualization Tool (OVITO) untuk memperoleh struktur kristal bahan kemudian hasil file output

LAMMPS juga akan digunakan untuk menggambarkan grafik fungsi distribusi radial (RDF)

menggunakan program (Interactive Structure Analisis Of Amorphous And Cristalline System) ISACCS

yang kemudian akan dianalisis bentuk struktur kristal bahan melalui hubungan jarak antar dua atom

dan koefisien yang menyatakan banyaknya atom pada jarak tersebut.


Pelaksanaan penelitian dilakukan di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika (bagian

komputasi) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Penelitian ini

dilakukan sejak Januari hingga Agustus 2020. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah

66 Hartina P, Suciati SW, Supriyanto A and Junaidi, 2020, Simulasi Dinamika Molekul Berbasis Kode LAMMPS untuk Mengkaji Titik Leleh Bahan Besi (Fe), Timbal (Pb) dan Aluminium (Al), Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

komputer yang diinstal sistem operasi windows 2010 pro dengan RAM 4 GB dan processor intel core

i5-8250U. Bahan yang digunakan berupa software program LAMMPS dan command prompt serta

aplikasi Notepad ++, OVITO, dan ISAACS. Prosedur penelitian yang dilakukan terdiri yaitu metode simulasi pada program LAMMPS, OVITO

dan ISAACS serta metode analisi. Secara umum ditunjukkan prosedur penelitian pada Gambar 1.

Mulai

Input struktur kristal

(posisi), konstanta kisi,

massa atom, suhu simulasi,

fungsi potensial (EAM)

Simulasi

LAMMPS

Data Output berupa

log.lammps dan

dump

Analisis Titik

Leleh Bahan

Simulasi dengan

OVITO dengan file

dump

Simulasi dengan

ISAACS

Analisis struktur kristal

bahan dan waktu

pelelehan bahan

Analisis struktur kurva

RDF dan karakteristik

struktur kisi

Kesimpulan

Selesai

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

2.1 Prosedur Simulasi

1. Program LAMMPS. Membuat file input yang akan digunakan dalam simulasi LAMMPS menggunakan

aplikasi Notepad++ yang kemudian disimpan menggunakan ekstensi “.in”, dan dijalankan melalui command prompt.

2. Program OVITO. Tampilan lembar kerja OVITO pada saat pengambilan data visualisasi dengan

mengaktifkan menu common neighbor analysis (CNA), dapat dilihat pada Gambar 2.


Gambar 2. Visualisasi Struktur Kristal pada OVITO

Berdasarkan Gambar 2 pada tampilan menu OVITO menunjukkan urutan pengambilan data

visualisasi struktur kristal. Nomor 1 menunjukkan menu common neighbor analysis, nomor 2

menunjukkan menu ‘structure type’ yang akan muncul setelah CNA diaktifkan kemudian nomor 3 ikon

untuk menyimpan hasil visualisasi yang diinginkan.

3. Program ISAACS. Lembar kerja program ISAACS dalam pengambilan data grafik fungsi radial

distribusi (RDF) untuk melihat struktur kristal dapat dilihat pada Gambar 3 dan 4.

Gambar 3. Tampilan layar ISAACS saat input file output LAMMPS

Berdasarkan Gambar 3 pada tampilan menu ISAACS menunjukkan proses input file output

(LAMMPS). Nomor 1 menunjukkan menu ‘project’ yang berisi tab menu yang akan diisi untuk mengatur

model struktur untuk perhitungan. Nomor 2 menunjukkan menu format file dari koordinat atom yang

digunakan.

2

3 1

1

2


Gambar 4. Pembentukkan Grafik RDF

Berdasarkan Gambar 4 menunjukkan tampilan menu dalam pembentukkan grafik RDF (g(r)). Nomor 3 menunjukkan menu ‘compute’ kemudian mencentang kolom ‘g(r)’ kemudian ISAACS akan

menampilkan hasil perhitungan berupa grafik RDF.

2.2 Metode Analisis

Setelah mendapatkan file log.lammps dari masing-masing bahan, file tersebut akan digunakan

untuk mengalisis visualisasi struktur kristal bahan menggunakan simulasi OVITO, menganalisis

perbedaan struktur kristal FCC dan BCC hingga menganalisis struktur kristal FCC berdasarkan material yang berbeda. Kemudian melakukan simulasi menggunakan ISAACS untuk mendapatkan

grafik RDF untuk menggambarkan struktur dari sebuah sistem dan melihat karakteristik struktur kisi

dari masing-masing bahan. Titik leleh dapat ditentukan menggunakan pendekatan titik tengah, dengan

2 1(T T )T = − ,

sehingga persamaan titik leleh dapat dilihat pada persamaan 1

12

L

TT T

= +

atau 2

2L

TT T

= −

(1)

Pada persamaan 1 merupakan pendekatan titik tengah dengan T1 sebagai titik awal perubahan

wujud bahan, T2 sebagai titik akhir perubahan wujud bahan, TL sebagai titik leleh bahan dan ∆T adalah

selisih antara nilai T2 dan T1.


3.1 Hasil dan Data Pengamatan

Hasil output simulasi kode LAMMPS yaitu berupa data posisi atom-atom dalam format XYZ, Text Document, MELT. Data informasi tersebut terdapat dalam file log.lammps pada masing-masing bahan.

Output LAMMPS juga menghasilkan file dump yang digunakan untuk input software OVITO dan ISAACS. Nilai titik leleh pada simulasi atom 10x10x10 untuk bahan Al (fcc) berjumlah 4000 atom,

untuk bahan Pb (fcc) berjumlah 4000 atom dan untuk Fe (bcc) berjumlah 2000 atom. Metode simulasi

titik leleh ini menggunakan simulasi dinamika molekul kode LAMMPS dengan potensial interatomik

yang digunakan yaitu potensial Finnis-Sinclair EAM.

3.2 Simulasi Titik Leleh Bahan

3


Output dari LAMMPS salah satunya yaitu file log.lammps yang digunakan untuk menganalisis

titik leleh bahan dengan membuat kurva perubahan fase (padat-cair). Titik leleh bahan terlihat pada kurva saat terjadi perubahan tiba-tiba pada energi potensial dengan suhu konstan. Data simulasi

antara energi potensial dan suhu dibuat plot kurva nilai energi potensial (horizontal) dan suhu

(vertikal).

1. Aluminium (Al). Analisis titik leleh bahan Al menggunakan grafik T-ET dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 2. Kurva perubahan fase (padat-cair) aluminium

Berdasarkan metode analisis titik leleh yang ditentukan menggunakan pendekatan titik tengah sehingga pada Gambar 5 menunjukkan bahwa bahan Al (FCC) memiliki nilai T1 sebesar 1189,16 K

konversi menjadi 916,01°C. Nilai T2 sebesar 1254,15 K konversi menjadi 981°C, untuk nilai ∆T sebesar

64,99°C sehingga nilai titik leleh Al berada pada (948,51 ± 32,5) °C nilai tersebut berada pada step

integrasi ke 103000 dengan nilai energi potensial sebesar -12823,94 J. Nilai energi potensial bertanda

negatif karena atom tertanam (EAM) dalam sistem atom yang stabil membutuhkan energi yang cukup

untuk memutus ikatan antar atom.

2 Timbal (Pb). Analisis titik leleh bahan Pb menggunakan grafik T-ET dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 3. Kurva perubahan fase (padat-cair) Timbal (Pb)

Gambar 6 menunjukkan bahan Pb (FCC) memiliki nilai T1 sebesar 839,86 K konversi menjadi

566,71°C. Nilai T2 sebesar 950,57 K konversi menjadi 677,42°C, untuk nilai ∆T sebesar 110,71°C

sehingga nilai titik leleh Pb berada pada (623,55 ± 55,36) °C nilai tersebut berada pada step integrasi

ke 76000 dengan nilai energi potensial sebesar -13726,299 J.

3. Besi (Fe). Analisis titik leleh bahan Fe menggunakan grafik T-ET dapat dilihat pada Gambar 7.

-13800.00

-13600.00

-13400.00

-13200.00

-13000.00

-12800.00

-12600.00

-12400.00

-12200.00

-12000.00

-11800.00

0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00

E

n

e

r

g

i

P

o

t

e

n

s

i

a

l

Aluminium

T1TL

T2

(J)

-14400

-14200

-14000

-13800

-13600

-13400

-13200

-13000

-12800

0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00

E

n

e

r

g

i

P

o

t

e

n

s

i

a

l

Timbal

(J)

T1

TL

T2

Suhu (K)

Suhu (K)


Gambar 4. Kurva perubahan fase (padat-cair) Besi (Fe)

Gambar 7. menunjukkan bahan Fe (BCC) memiliki nilai T1 sebesar 1742,58 K konversi menjadi

1469,43°C. Nilai T2 sebesar 1846,21 K konversi menjadi 1573,06°C, untuk nilai ∆T sebesar 103,63°C

sehingga nilai titik leleh Fe berada pada (1521,25 ± 51,82) °C nilai tersebut berada pada step integrasi

ke 162000 dengan nilai energi potensial sebesar -10641,258 J.

3.3 Visualisasi Struktur Kristal

Common Neighbor Analysis (CNA) merupakan metode kualitatif yang digunakan untuk

menganalisis struktur kristal suatu material. Metode CNA dapat digunakan untuk menghitung jumlah unit kristal seperti BCC, FCC dan sebagainya. Perhitungan CNA ini dapat dilakukan menggunakan

program OVITO (Arkundato dkk., 2013) dengan mengaktifkan CNA pada OVITO akan terlihat jenis

struktur kristal serta visualisasi juga akan terlihat dari empat sisi secara bersamaan.

1. Aluminium (Al). Visualisasi struktur kristal fase titk leleh bahan Al dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 5. Visualisasi Struktur Kristal Bahan Al Saat Mencapai Titik Leleh

Berdasarkan Gambar 8 visualisasi struktur kristal bahan Al saat mencapai titik leleh terlihat pada

step 103000 dengan suhu sebesar 948,5°C dengan nilai struktur kristal yang masih berbentuk FCC

sebesar 0,1% dengan jumlah atom yang tersisa 1 atom. Atom dengan jumlah nilai struktur kristal yang

sudah tidak beraturan dan sudah tidak berbentuk struktur kristal FCC sebesar 99,9% dengan jumlah

atom yang berkurang yaitu 3999 atom.

2. Timbal (Pb). Visualisasi struktur kristal fase titk leleh bahan Pb dapat dilihat pada Gambar 9

-8300.00

-8250.00

-8200.00

-8150.00

-8100.00

-8050.00

-8000.00

-7950.00

-7900.00

-7850.00

-7800.00

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00

E

n

e

r

g

i

P

o

t

e

n

s

i

a

l

Besi

T1 TLT2

(J)

Suhu (K)


Gambar 6. Visualisasi Struktur Kristal Bahan Pb Saat Mencapai Titik Leleh

Berdasarkan Gambar 9 visualisasi struktur kristal bahan Pb saat mencapai titik leleh terlihat

pada step 76000 dengan suhu sebesar 623,55°C dengan nilai struktur kristal yang masih berbentuk

FCC sebesar 0,1% dengan jumlah atom yang tersisa 2 atom. Atom dengan jumlah nilai struktur kristal

yang sudah tidak beraturan dan sudah tidak berbentuk struktur kristal FCC sebesar 99,9% dengan

jumlah atom yang berkurang yaitu 3998 atom.

3. Besi (Fe). Visualisasi struktur kristal fase titk leleh bahan Fe dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 7. Visualisasi Struktur Kristal Bahan Fe Saat Mencapai Titik Leleh

Berdasarkan Gambar 10 visualisasi struktur kristal bahan Fe saat mencapai titik leleh terlihat

pada step 162000 dengan suhu sebesar 1521,25°C dengan nilai struktur kristal yang masih berbentuk

BCC sebesar 1,4% dengan jumlah atom yang tersisa 28 atom. Atom dengan jumlah nilai struktur kristal

yang sudah tidak beraturan dan sudah tidak berbentuk struktur kristal BCC sebesar 98,6% dengan

jumlah atom yang berkurang yaitu 1972 atom.

3.4 Analisis Titik Leleh Melalui Grafik Radial Distribution Functions (RDF)

Radial distribution function dapat menggambarkan susunan atom-atom secara radial pada

suatu sistem, selain itu RDF juga mampu menggambarkan struktur dan fasa dari suatu sistem pada

zat cair. Pada kondisi sistem padat, RDF memiliki nilai yang tak terhingga, di mana jarak dan tingginya

merupakan karakteristik dari struktur kisi (Li, 2007).

1. Aluminium (Al). Secara grafik hasil analisis struktur kristal Al saat mecapai fase titik leleh

ditunjukkan pada Gambar 11.


Gambar 8. Grafik RDF aluminium ditentukan dari simulasi dinamika molekul dengan suhu 948,51°C

pada step integrasi 103000.

Berdasarkan Gambar 11 kurva RDF yang menunjukkan fase titik leleh dengan suhu sebesar

948,51°C, pada puncak tertinggi terjadi pada jarak 2,8 angstrom dengan g(r) memiliki nilai sebesar

sekitar 2,4. Puncak kurva yang cukup lebar memiliki arti bahwa keteraturan stuktur kristal sudah

mulai tidak teratur (Hidayat, 2019).

2. Timbal (Pb). Secara grafik hasil analisis struktur kristal Pb saat mecapai fase titik leleh ditunjukkan

pada Gambar 12.

Gambar 9. Grafik RDF timbal ditentukan dari simulasi dinamika molekul dengan suhu 𝟔𝟐𝟑, 𝟓𝟓°C pada

step integrasi 76000


623,55°C, pada puncak tertinggi terjadi pada pada jarak 2,9 angstrom dengan g(r) memiliki nilai sebesar

sekitar 3,5.

3. Besi (Fe). Secara grafik hasil analisis struktur kristal Fe saat mecapai fase titik leleh ditunjukkan

pada Gambar 13.

r[o

]

g(r)

r[o

]

g(r)


Gambar 10. Grafik RDF dari besi ditentukan dari simulasi dinamika molekul dengan suhu 1521,25°C

pada step integrasi 162000


1521,25°C, pada puncak tertinggi terjadi pada pada jarak 2,3 angstrom dengan g(r) memiliki nilai

sebesar sekitar 2,4.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dapat diambil kesimpulan bahwa penelitian ini telah berhasil

membuat simulasi dan memvisualisasikan struktur kristal bahan pada saat mencapai titik leleh pada

program OVITO. Metode yang digunakan pada simulasi titik leleh bahan ini adalah metode simulasi

dinamika molekuler kode LAMMPS menggunakan fungsi potensial Finnis-Sinclair EAM dengan

menggunakan persamaan algoritma velocity verlet. Hasil visualisasi terlihat bahwa struktur kristal

aluminium mencapai titik leleh saat suhu 948,51°C pada step integrasi 103000, timbal mencapai titik

leleh saat suhu 623,55°C pada step integrasi 76000, besi mencapai titik leleh saat suhu 1521,25°C

pada step integrasi 162000. Pada grafik RDF saat bahan mencapai titik leleh akan menunjukkan bahwa

semakin bertambahnya suhu maka puncak-puncak (peak) kurva akan semakin melebar dan berkurang, hal tersebut mengindikasikan bahwa struktur kristal sudah tidak lagi beraturan.

Karakteristik struktur kisi bahan saat bahan mencapai titik leleh, untuk aluminium memiliki puncak

tertinggi dengan nilai jaraknya sebesar 2,8 angstrom dengan g(r) memiliki nilai sebesar sekitar 2,4,

untuk bahan timbal memiliki puncak tertinggi dengan nilai jaraknya sebesar 2,9 angstrom dengan g(r) memiliki nilai sebesar sekitar 3,5 serta untuk bahan besi memiliki puncak tertinggi dengan nilai

jaraknya sebesar 2,3 angstrom dengan g(r) memiliki nilai sebesar sekitar 2,4.

5. Ucapan Terimakasih

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kepala Laboratorium Elektronika Dasar dan

Instrumentasi (bagian komputasi) Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung yang telah membantu

dalam penyelesaian penelitian ini.

6. Daftar Pustaka

Ackland, G. J., K. D’Mellow, S. L. Daraszewicz, D. J. Hepburn, M. Uhrin, And K. Stratford. 2011. “The

MOLDY Short-Range Molecular Dynamics Package.” Computer Physics Communications. Vol. 182.

No. 12. pp. 2587–2604.

Arkundato, Artoto, Zaki Su’ud, Mikrajuddin Abdullah, And Widayani Sutrisno. 2013a. “Molecular Dynamic Simulation On Iron Corrosion-Reduction In High Temperature Molten Lead-Bismuth

Eutectic.” Turkish Journal Of Physics. Vol. 37. No. 1. pp. 132–44.

Arkundato, Artoto, Zaki Su’ud, Mikrajuddin Abdullah, And Widayani Sutrisno. 2013b. “Study Of Liquid

Lead Corrosion Of Fast Nuclear Reactorand Its Mitigation By Using Molecular Dynamics Method.”

International Journal Of Applied Physics And Mathematics. Vol. 3. No. 1. pp. 1–7.

r[o

]

g(r)


Astuti, A. D. 2014 Simulasi Dinamika Molekuler Protein Dengan Aplikasi Gromacs. Skripsi. Universitas

Guna Darma.

Australian Geological Survey Organization. 1999. Iron_Geoscience Australia.

Fitrianda, M. I. 2013. Performa Komputasi Paralel Multicore Program LAMMPS: Studi Titik Leleh Logam

Murni. Digital Repository Universitas Jember.

Fortunella, A., I. P. Tama, dan A. Eunike. 2014. Model Simulasi Sistem Produksi Dengan Sistem

Dinamik Guna Simulation Model Of Production System With System Dynamic To Support

Production Capacity Planning. Jurnal Rekayasa dan Manajemen Sistem Industri. vol. 3. no. 2. pp.

256–267.

Hidayat, Aulia Fikri. 2019. Studi Evolusi Struktur Pada Deposisi Tembaga Dalam Substrat Silikon

Dengan Metode Dinamika Molekuler Study Of Structure Evolution Of Copper Deposition On

Silicon Substrate Using Molecular Dynamics Method. Vol. 18. No. 1. pp. 21–28.

Hsu, Andy. 2007. Molecular Dynamics Simulations Of Hydrophobic Solutes In Liquid Water. Thesis. pp.

1–61.

Insani, M., Fitriyani, dan N. Ikhsan. 2015. Perbandingan Algoritma Velocity Verlet Dengan Algoritma Beeman Pada Simulasi Molecular Dynamics. E-Proceeding of Engineering. Vol. 2, No. 3, pp. 7954–

7962.

Latifa, Ainul. 2015. Studi Titik Leleh Besi (Fe) Dan Timbal (Pb) Menggunakan Metode Dinamika Molekul.

Digital Repository Universitas Jember. pp. 27.

Li, Je-Luen. 2007. Radial Distribution Function.

Mark Winter. 1993. WebElements Periodic Table » Aluminium » historical information.

Nordlund, Kai. K. Nordlund, Kai dan Antti Kuronen. 2015. Introduction to Molecular dynamics.

Complete lecture notes for self-studies.

Nurdin, Bahari W., dan Rian Andrianto. 2012. Simulasi Sifat Fisis Model Molekuler Dinamik Gas Argon

dengan Potensial Lennard-Jones. Jurnal Sainsmat. Vol. 1. No. 2. pp. 147-155.

Plimpton, Steve. 2015. “LAMMPS And Classical Molecular Dynamics For Materials Modeling,” No. June.

Roux, S. L., dan V. Petkov. 2010. Interactive Structure Analysis of Amorphous and Crystalline Systems

I.S.A.A.C.S. Journal of Applied Crystallography. Vol. 43. pp. 181-185.

Zhang, Wenjin, Yufeng Peng, And Zhongli Liu. 2016. “Molecular Dynamics Simulations Of The Melting

Curve Of Nial Alloy Under Pressure. AIP ADVANCES Vol. 057110.

Zhou, L. G., And Hanchen Huang. 2013. “Response Embedded Atom Method Of Interatomic Potentials.”

Physical Review B - Condensed Matter And Materials Physics. Vol. 87. No. 4.

Monitoring Data Perubahan Suhu, CO dan CO2 Secara Real

Time Menggunakan MySQL

Randi Setiawana, Warsitob, Junaidic, dan Sri Wahyu Suciatid


Article Information

Abstract

Article history: Received June 10rd, 2020 Received in revised form July 15rd, 2020 Accepted July 20rd, 2020

Keywords: The measuring instrument, interface, monitoring, real time

This research is related to making a system to display data on temperature changes, CO, and CO2 monitoring results in real time make use of MySQL. The measuring instrument used consisted of an MQ-7 sensor to detect CO gas, a MQ-135 sensor to detect CO2 gas, a DHT-22 sensor to measure the temperature and a microcontroller as a control system. Measurement data is displayed on the PC server using an interface created through the Visual Basic 2010 program and saved to the Mysql database. In this research, a baudrate of 19200 bps was used so that data transmission could be faster so that it supported realtime data transmission. Based on the research, it was found that the greater the boudrate value used, the faster time it takes to send data. In this study, a baudrate of 19200 bps was used so that data transmission could be faster so that it supported realtime data transmission. Based on the research, it was found that the greater the boltrate value used, the faster time it takes to send data. Based on the results of tests conducted, MySQL monitoring system is running well. The MySQL can display data on temperature changes, CO, and CO2 measurement data in the form of tables in real time.

Informasi Artikel

Abstrak

Proses artikel: Diterima 10 Juni 2020 Diterima dan direvisi dari 15 Juli 2020 Accepted 20 Juli 2020

Kata kunci: Alat Ukur, Interface, Monitoring, Realtime

Penelitian ini terkait dengan pembuatan sistem untuk menampilkan data hasil monitoring perubahan suhu, CO, dan CO2 secara real time menggunakan MySQL. Alat ukur yang digunakan terdiri dari sensor MQ-7 untuk mendeteksi gas CO, sensor MQ-135 untuk mendeteksi gas CO2, sensor DHT-22 untuk mengukur besarnya suhu dan mikrokontroler sebagai sistem kendali. Data pengukuran ditampilkan pada PC server menggunakan interface yang dibuat melalui program Visual Basic 2010 serta disimpan ke database Mysql. Pada penelitian ini digunakan baudrate yang 19200 bps supaya pengiriman data dapat lebih cepat sehingga menunjang untuk pengiriman data realtime. Berdasarkan penelitian diperoleh bahwa semakin besar nilai baudrate yang digunakan maka waktu yang dibutuhkan untuk mengirim data akan semakain cepat. Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan, sistem MySQL berjalan dengan baik. MySQL dapat menampilkan data pengukuran perubahan suhu, CO dan CO2 dalam bentuk tabel secara real time.

1. Pendahuluan

Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil,

mengumpulkan dan menyiapkan data hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang

dikehendaki. Jenis serta metode yang dipilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan

setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses (Abtokhi et al., 2015). Sistem akuisisi data

terdiri dari sejumlah elemen atau komponen yang saling berhubungan satu dengan yang lain dibentuk

sedemikian rupa sehingga sistem tersebut dapat berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan

-------------------------------------- * Corresponding author. E-mail addres: (a) [email protected], (b) [email protected], (c) [email protected], (d) [email protected]






76 Setiawan dkk, 2020 / J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 1 No. 2, 2020

menyimpan data secara cepat, real time dan akurat sehingga kemudian data siap untuk diproses lebih

lanjut (Nagara and Putrantro, 2012).

Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan

komputer. Proses akuisisi data membutuhkan proses konversi besaran fisis data source ke bentuk

sinyal digital dan diolah oleh komputer. Sistem akuisisi data secara aktual berupa interface antara

lingkungan analog dengan lingkungan digital (Setiawan, 2018). Sistem antarmuka atau interfacing adalah sistem yang menghubungkan antara dua atau lebih instrumen elektronika. Secara khusus,

sistem antarmuka lebih mengacu kepada hubungan sebuah komputer dengan instrumen lain. Sistem

antarmuka pada komputer dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu secara serial dengan

memanfaatkan gerbang serial (serial port), secara paralel memanfaatkan gerbang paralel (parallel port),

atau melalui slot Industrial Standart Architecture (ISA) menggunakan interface hardware yaitu

Programmable Peripheral Interface (PPI). Programmable Peripheral Interface (PPI) 8255 ialah chip antarmuka 24 bit (3 port) yang dapat di program sesuai keinginan kita (Raharjo and Budi, 2011).

Semua yang berhubungan dengan informasi hampir tidak terlepas dari database. Misalnya, buku

alamat yang memuat nama, alamat, dan nomor telepon. Sebagai kumpulan dari data atau informasi

yang teratur, buku alamat dapat digolongkan sebagai database. Database adalah kumpulan data atau

informasi yang diorganisasikan dan saling berhubungan (Budiharto, 2004). Dalam era komputerisasi

database menjadi hal yang istimewa. Semua yang berhubungan dengan informasi hampir tidak terlepas dari database. Misalnya, buku alamat yang memuat nama, alamat, dan nomor telepon. Salah satu

program yang di gunakan untuk penyimpanan database adalah program MySQL

MySQL menggunakan bahasa standar Structure Query Language (SQL) sebagai bahasa interaktif

dalam mengelola data. Perintah SQL juga sering disebut Query (Nugroho, 2019). MySQL telah banyak

dimanfaatkan untuk menambahkan, mengubah, dan menghapus data yang berada dalam database (Sidik, 2012). MySQL merupakan sistem manajemen database yang bersifat relational. Artinya data-

data yang dikelola dalam database akan diletakkan dalam beberapa tabel yang terpisah sehingga

manipulasi data akan menjadi jauh lebih cepat. MySQL dapat digunakan untuk mengelola database

mulai dari yang kecil sampai yang sangat besar (Sutarman, 2009).

Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Nurmansah (2012), merancang sebuah sistem untuk

monitoring data ketinggian permukaan air sungai yang berasal dari dua buah sensor secara real time berbasis web. Proses pemasukan data ketinggian air ke PC server dilakukan dengan mengubah data

serial dari hasil interfacing menjadi data digital (USB) yang masuk PC server pada port USB

menggunakan konverter USB to RS232. Data yang masuk akan dibaca dengan menggunakan bahasa

pemrograman Visual basic 6.0, selanjutnya data akan disimpan kedalam database MySQL. Selanjutnya

program PHP akan membaca data dan mengolahnya menjadi sebuah grafik secara real time setiap 5

detik. Didalam sistem ini terdapat tingkatan status dari ketinggian air yang meliputi aman (0 cm - 209 cm), waspada (210 cm - 239 cm) dan awas (240 cm - 270 cm).

Pada penelitian ini kami akan membuat suatu sistem yang dapat menampilkan data hasil

monitoring CO, CO2 dan suhu secara real time. Pembuatan sistem menggunakan program antar muka

(interfacing) yang dibuat dari program Visual Basic. Data hasil monitoring akan diolah dan disimpan

dalam database MySQL. Data tersebut akan ditampilkan dalam bentuk tabel secara real time.


Pada penelitian ini dilakukan pembuatan perangkat lunak (software) meliputi pembuatan

program interface. Perangkat keras (hardware) menggunakan alat yang sudah ada atau yang telah

dibuat oleh Pangestu (2019) yang terdiri dari sensor MQ-7 untuk mendeteksi gas CO, sensor MQ-135

untuk mendeteksi gas CO2, sensor DHT-22 untuk mengukur besarnya suhu dan mikrokontroler sebagai sistem kendali. Pada tahap pembuatan software terdiri dari perancangan dan pemrograman

interface menggunakan Visual Basic 2010. Interface dirancang untuk dapat menampilkan data dari

hasil pengukuran pada komputer dan melakukan penyimpanan pada database MySQL. Tahap

pembuatan aplikasi interface dimulai dengan melakukan inisialisasi port serial dan baudrate dari

perangkat keras (hardware) yang akan dihubungkan ke komputer. Setelah terhubung kemudian melakukan pembacaan data serial dari Arduino. Data yang masuk dipisahkan berdasarkan jenis sensor

dan ditampilkan ke aplikasi interface. Selanjutnya data-data tersebut disimpan kedalam database

Mysql. Tahapan-tahapan yang akan dilakukan untuk merealisasikan sistem ini adalah seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 1.

77

Setiawan R, Warsito, Junaidi, dan Suciati SW, 2020, Monitoring Data Perubahan Suhu, CO dan CO2 Secara Real Time Menggunakan MySQL, Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian


3.1 Realisasi Program Interface

Program interface (antar muka) merupakan pintu gerbang komunikasi serial antara

mikrokontroler dengan komputer (Candra, 2008). Hal terpenting dari komunikasi serial ini adalah

frekuensi dari bit-bit yang dikirim. Frekuensi ini disebut baud rate. Baud rate didefinisikan sebagai bit-

bit yang dikirim tiap detik melalui satu jalur data (Akbari et al, 2015). Baud rate standar yang biasa digunakan 9600 bps (Saputra et al, 2011). Pada program ini digunakanbaudrate yang 19200 bps

supaya pengiriman data dapat lebih cepat sehingga menunjang untuk pengiriman data realtime.

Program interface akan menampilkan data hasil monitoring CO, CO2 dan suhu dari sensor node 1,

node 2 dan node 3 pada komputer. Data selanjutnya disimpan ke database Mysql.

Pada interface yang dibuat memiliki beberapa fitur menu atau tombol yang memiliki fungsi

masing-masing. Tombol scanport berfungsi untuk mendeteksi dan menampilkan port dari alat ukur yang dihubungkan ke komputer. Tombol Baudrate berfungsi untuk mengatur nilai baudrate yang akan

digunakan. Tombol Start digunakan untuk memulai koneksi dan menampilkan data dari sensor.

Tombol Simpan untuk menyimpan data ke dalam database MySQL. Tombol Stop berfungsi untuk

Mulai

Perancangan Software Arduino

Terhubung

Koneksi dengan Komputer

Pembuatan Database

Penyusunan Laporan

Selesai

Pengambilan Data

Koneksi dengan MySQL

Terhubung

Pembuatan Progam Antar Muka


menghentikan proses penyimpanan data dan koneksi. Tombol Close untuk keluar dari program

interface. Tampilan program interface ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Tampilan Progam Interface

3.2 Pengujian Sistem

Pengujian sistem pengiriman data secara keseluruhan dalam penelitian ini ada beberapa hal yang

mempengaruhi proses pengiriman data salah satunya adalah baudrate. Semakin besar nilai baudrate yang digunakan maka akan semakin cepat data yang masuk, sehingga data tersebut sulit terbaca. Nilai

baudrate yang digunakan harus sedang dan disesuaikan dengan data yang masuk. Berdasarkan

penelitian ini diperoleh data perbandingan baudrate dengan waktu yang ditunjukan pada Tabel 1.

Berdasarkan Tabel 1 dapat dilihat nilai bahwa nilai kecepetan baudrate tertinggi adalah 38400 bps

dengan waktu 1 sekon sedangkan pada nilai baudrate terendah yaitu 1200 bps dengan kecepatan

waktu sebesar 74 sekon. Pada nilai baudrate 19200 bps diperoleh waktu sebesar 4 sekon, sedangkan pada nilai baudrate 9600 bps diperoleh waktu sebesar 17 sekon. Nilai baudrate 4800 bps dan 2400

bps diperoleh waktu sebesar 22 sekon dan 38 sekon. Selisih nilai baudrate 38400 bps dengan 19200

bps adalah 2 sekon. Pada baudrate 19200 bps dengan 9600 bps memiliki silisih kecepatan 12 sekon.

Pada baudrate 9600 bps dengan 4800 bps nilai selisihnya adalah 4 sekon. Pada 4800 bps, 2400 dan

1200 memiliki selisih nilai kecepatan pengiriman sebesar 15 sekon dan 35 sekon. Hasil pengukuran

yang dihasilkan dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 3.

Tabel 1. Perbandingan baudrate dengan waktu

No Baudrate (bps) Waktu (s)

1 38400 1

2 19200 4

3 9600 17

4 4800 22

5 2400 38

6 1200 74

79

Setiawan R, Warsito, Junaidi, dan Suciati SW, 2020, Monitoring Data Perubahan Suhu, CO dan CO2 Secara Real Time Menggunakan MySQL, Jurnal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol. 1 No. 2, 2020

Gambar 3. Grafik Hubungan Bautrate dengan Waktu

Gambar 3. merupakan grafik hubungan antara bautrade dengan waktu dimana baudrate pada sumbu y sedangkan waktu berada pada sumbu x. Nilai yang di masukan pada bautrate adalah 0

sampai dengan 40.000 sedangkan pada waktu 0 sampai dengan 74. Berdasarkan grafik dapat

disimpulkan bahwa semakin besar nilai bautrate yang digunakan maka waktu yang dibutuhkan untuk

mengirim data akan semakain cepat.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan, sistem MySQL berjalan dengan baik. MySQL dapat

menampilkan data pengukuran CO, CO2 dan suhu dalam bentuk tabel secara realtime. Pada penelitian

ini digunakan baudrate yang 19200 bps supaya pengiriman data dapat lebih cepat sehingga menunjang

untuk pengiriman data realtime.

5. Daftar Pustaka

Abtokhi, A., Nurhanan, Sudarno & Edy, S 2000, ‘Sistem Data Akuisis Untai Uji Termohidrolika

Kecelakaan’, Prosiding Persentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir, pp. 207-222.

Akbari, F, Irawan, B, & Brianorman, Y 2015, ‘Perancangan Aplikasi Remote Control Untuk Perangkat

Elektronik Menggunakan HP Berbasis Sistem Android Via Bluetooth’, Jurnal Coding, Sistem Komputer Untan, vol. 03, no. 1, pp. 51–60.

Nagara, N & Putranto, I 2012, ‘Perangkat Lunak Sistem Akuisisi Data Menggunakan Delphi’, Jurnal Auto Ctrl, vol. 4, no. 1, pp. 17-24.

Candra, R 2008, ‘Alat Pemantau Suhu Ruangan Melalui Web Berbasiskan Mikrokontroler At89S51’,

Kommit, pp. 533–538.

Setiawan, R 2008, ‘Teknik Akuisisi Data’, Graha Ilmu, Yogyakarta.

Raharjo, & Budi, 2011, ‘Belajar Pemrograman Web’, Penerbit Modula, Bandung.

Sidik, B 2012, ‘Pemrograman Web dengan PHP’, Informatika, Bandung.

Budiharto, Widodo 2004, ‘Interfacing Komputer dan Mikrokontroler’, PT Elex Media Komputindo,

Jakarta.

Nugroho, B 2019. ‘Aplikasi Pemrograman Web Dinamis Dengan PHP dan MySQL’, Gaya Media,

Yogyakarta.

0

20

40

60

80

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Waktu

(s)

Bautrate (bps)


Sutarman. 2009, ‘Membangun aplikasi web dengan PHP dan MySQL’, Graha Ilmu, Yogyakarta.

Nurmansah, Ary P 2012, ‘Sistem Monitoring Data Tinggi Permukaan Air Sungai Secara Real Time Berbasis Web’, Universitas Lampung.

Pangestu, DM 2019, Rancang Bangun Jaringan Sensor Nirkabel Untuk Pemantauan Kadar gas CO, CO2, dan Suhu Menggunakan Transmiter-Receiver NRF24L01+Berabasis Arduino., Universitas

Lampung.

Saputra, K et al. 2011, ‘Analisis Jarak dan Kecepatan Komunikasi Data Serial Asinkron’, Jurnal Informatika, vol. 11, no. 1, pp. 1–11.

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS LAMPUNG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN FISIKA Jl. Prof. Dr. Soemantri Brodjonegoro No.1 Bandar Lampung 35145 http://fisika.fmipa.unila.ac.id

Telp. 0721-704625 - Fax. 0721-704625

Documents

PENANGGUNG JAWAB - jemit.fmipa.unila.ac.id