Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kekentalan Nira ... Gambar 1. Konstruksi Mekanik Sensor Rangkaian

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kekentalan Nira ... Gambar 1. Konstruksi Mekanik Sensor Rangkaian

Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kekentalan Nira

Menggunakan Sensor Turbin Adi Prasetyo Hutomo, Drs. Bambang Suprijanto, M.Si, Drs. Tri Anggono Prijo

Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

adiprasetyohutomo@gmail.com

Abstract. The aim of this research is to make measurement system of nira viscosity by using turbine,

DC motor, optical rotary encoder, opto-coupler, and microcontroller. Turbine sensor system will detect

the change of viscosity solution which has proportionality with glucose solution and turbine frequency.

Turbine system that has been made in this research is expected to measure the viscosity and glucose

solution continuously. The turbine will be rotated by DC motor which is equipped with optical rotary

encoder and opto-coupler, to measure frequency of the rotation. Value that is gotten from this research

is turbine terminal frequency. The conversion value of measurable frequency becomes glucose value

and viscosity solution which is done by microcontroller. The data of this research show that the

optimum PWM of turbine activator for solution temperature 60oC and the range of the glucose solution

(40-60)obrix is 10%. While for the range of the glucose solution (60-75)obrix is 20%. Correlation

between measurable glucose value (y) and measurable frequency (x) is suitable with the equation y=-

27.11x + 91.31 for the 10% PWM, and y = -23.10x+103.6 for the 20% PWM. Based on the

measurable glucose experiment to glucose as calibrator for PWM 10% is suitable with the equation

y=1.007x-0.296, while for PWM 20% is suitable with the equation y=0.997x+0.104. Variable

conversion of measurable glucose (y) that become measurable viscosity () is suitable with the

equation =0,045y-0, 35.

Keywords: glucose, viscosity, brix, terminal frequency, PWM.

Abstrak. Penelitian ini dilakukan untuk membuat sistem pengukuran kekentalan nira menggunakan

turbin, motor DC, optical rotary encoder, opto-coupler dan mikrokontroler. Sistem sensor turbin akan

mendeteksi perubahan kekentalan larutan yang memiliki kesebandingan dengan kadar gula larutan dan

frekuensi turbin. Sistem sensor yang dibuat ini diharapkan dapat melakukan pengukuran kekentalan

dan kadar gula secara kontinu. Turbin akan diputar oleh motor DC yang dilengkapi dengan optical

rotary encoder dan opto-coupler, sehingga dapat diukur frekuensi putarnya. Nilai yang dibaca pada

sistem pengukuran ini adalah frekuensi terminal turbin. Konversi nilai frekuensi terukur menjadi nilai

kadar gula dan kekentalan larutan dilakukan oleh mikrokontroler. Hasil penelitian menunjukan PWM

optimum penggerak turbin pada suhu larutan 60oC dan rentang kadar gula (40-60)obrix adalah 10%,

sedangkan untuk rentang kadar gula (60-75)obrix adalah 20%. Korelasi antara nilai kadar gula terukur

(y) terhadap frekuensi terukur (x) memenuhi persamaan y=-27,11x+91,31 untuk PWM 10% dan y=-

23,10x+103,6 untuk PWM 20%. Berdasarkan pengujian kadar gula terukur terhadap kadar gula

kalibrator untuk PWM 10% memenuhi persamaan y=1,007x-0,296, sedangkan untuk PWM 20%

memenuhi persamaan y=0,997x+0,104. Konversi variabel kadar gula terukur (y) menjadi kekentalan

terukur () memenuhi persamaan =0,045y-0,35

Kata kunci: Kadar gula, kekentalan, brix, frekuensi terminal, PWM.

PENDAHULUAN

Industri gula pasir merupakan salah satu sektor industri yang strategis bagi

perekonomian di Indonesia, hal ini karena kebutuhan akan gula pasir di Indonesia sangat

tinggi. Bahkan untuk memenuhi permintaan pasar, Indonesia harus import dari negara-negara

penghasil gula. Salah satu faktor penyebab rendahnya produksi gula dalam negeri adalah

sebagian besar pabrik gula yang ada di Indonesia masih bersifat konvensional, sehingga

dibutuhkan sentuhan teknologi untuk dapat meningkatkan kualitas dan kuantitas hasil

produksi.

Kualitas dan kuantitas produksi pabrik gula sangat ditentukan oleh pemantauan kadar

gula nira terutama pada proses evaporasi terakhir. Selama ini pemantauan kadar gula nira

pada evaporasi terakhir ini dilakukan oleh dokter gula. Pengukuran kadar gula ini dilakukan

dengan metode sampling, yakni menggunakan alat polarimeter dan refraktometer.

Pengukuran dengan cara ini membutuhkan waktu yang cukup lama, sehingga pada

prakteknya seringkali penentuan kadar gula nira ditentukan oleh dokter gula tanpa

menggunakan alat ukur. Pemantauan kadar gula nira dengan cara ini sangat subyektif, karena

sangat bergantung pada pengalaman dari dokter gula. Apabila nira keluaran dari evaporator

terakhir kadar airnya masih terlalu tinggi maka gula pasir yang dihasilkan kualitasnya akan

menurun karena proses kristalisasinya tidak dapat berlangsung secara sempurna yang

mengakibatkan kristal gula pasir yang dihasilkan terlalu lembut, selain itu kuantitas gula pasir

yang dihasilkan juga akan menurun karena sebagian besar nira akan menjadi tetes (limbah

gula pasir). Tetes memang masih memiliki nilai jual, akan tetapi nilai ekonominya jauh lebih

rendah daripada harga gula pasir.

Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi gula ini maka dalam penelitian

ini akan dibuat sistem pengukuran kadar nira pada proses evaporasi terakhir, yang

diharapkan dapat mengukur secara kontinu, sehingga pada proses kristalisasi akan dihasilkan

kristal gula pasir yang optimal. Pada proses evaporasi akhir nilai kadar gula yang

dimungkinkan adalah (40-75)obrix yang ekuivalen (40-75)% massa dengan (1,17331-1,3748)

gr/cm3 pada suhu 27oC. (Hutomo, AP, Fidianto, RA. 2012)

Penentuan kadar gula nira dapat ditentukan melalui proses pengukuran kekentalan nira.

Mekanisme pengukuran ini selain lebih praktis juga memiliki keunggulan dalam hal

kontinuitas penentuan kadar gula pada tahap evaporasi akhir. Sistem pengukuran kekentalan

nira pada penelitian ini menggunakan sensor berupa sistem turbin yang mampu mengubah

informasi nilai kekentalan nira menjadi perubahan kecepatan putar motor listrik. Perubahan

nilai kecepatan putaran motor listrik dihubungkan pada rangkaian mikrokontroler melalui

sistem opto-coupler. Nilai kekentalan nira terukur akan dikonversi menjadi nilai kadar gula

untuk ditampilkan pada display LCD. Nilai kecepatan putar motor yang akan diidentifikasi

sebagai nilai kadar gula nira harus nilai kecepatan putar yang telah mencapai kecepatan

terminal

METODE PENELITIAN

Konstruksi Mekanik Sistem Sensor

Tahap awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah membuat konstruksi mekanik sistem sensor. Sistem sensor yang dibuat dalam penelitian ini terdiri dari motor DC, optical

rotay encoder, opto-coupler tipe GP1S53VJ000F dan turbin. Rancangan mekanik system

sensor akan ditunjukan pada Gambar 1 berikut ini:

Gambar 1. Konstruksi Mekanik Sensor

Rangkaian Opto-Coupler

Pembacaan perubahan kecepatan putar motor dilakukan dengan memasang opto-coupler dan

sebuah roda cacah (optical rotary encoder). Sensor cahaya pada opto-coupler merupakan

sensor foto-transistor dan LED infra merah sebagai sumber cahayanya. Berikut ini akan

dijelaskan prinsip sensor opto-coupler dengan meninjau Gambar 2:

Vout = Vcc ILRL IL= Ib

RL=100K, RD=390, Ib adalah arus yang mengalir basis foto-transistor, IL adalah arus yang

mengalir kolektor foto-transistor.

Pada saat Ib= 0 (keadaan gelap), maka IL= 0 sehingga Vout= Vcc (kondisi High)

Pada saat Ib= max (keadaan terang), maka IL= max sehingga Vout= 0 (kondisi Low)

Pada foto-transistor Ib Intensitas. Sehingga dapat ditulis Ib= (Intensitas) x K, dengan

K adalah konstanta. Sehingga IL= x K x Intensitas. Dengan menggunakan persamaan

tersebut maka kita dapat mengetahui hubungan antara intensitas cahaya dan tegangan

keluaran. Sehingga untuk meningkatkan sensitifitas sensor dapat dilakukan dengan

memperbesar nilai RL. Rangkaian yang digunakan dalam penelitian ini akan ditunjukan pada

Gambar 2.

Gambar 2. Rangkaian Sensor Opto-Coupler

Rangkaian Driver Motor

Mikrokontroler dapat digunakan untuk mengendalikan motor DC. Tetapi mikrokontrol

merupakan perangkat yang bekerja dalam level TTL (Transistor-Transistor Logic) yang

memiliki range tegangan 0 volt hingga 5 volt. Port I/O (Input/Output) mikrokontroler hanya

memberikan arus sebesar 20 mA sehingga jika ingin menggunakan mikrokontroler untuk

mengendalikan perangkat yang membutuhkan arus lebih besar dibutuhkan suatu rangkaian

driver (Heryanto dan Adi, 2008). Salah satu perangkat yang membutuhkan konsumsi arus

Output

besar adalah motor DC. Rangkaian driver merupakan suatu rangkaian penguat arus atau

penguat tegangan yang terdiri dari transistor.

Dalam rangkaian elektronika, transistor digunakan untuk memperkuat isyarat, artinya

isyarat lemah pada masukan diubah menjadi isyarat yang kuat pada keluaran (Sutrisno,

1986). Dalam hal ini isyarat masukan lemah berasal dari mikrokontroler dan isyarat kuat

keluaran berasal dari catu daya secara langsung. Rangkaian dasar driver motor ditunjukkan

pada Gambar 3.

Gambar 3. Skema rangkaian driver motor

Rangkaian LCD

LCD yang digunakan dalam penelitian ini adalah LCD dot matriks dengan karakter 2 x

16, yang kak